司民峰，鄭明明

我國目前累計(jì)堆存尾礦600 億噸以上，年產(chǎn)出量達(dá)到了16億噸，而尾礦綜合利用率僅為18.9%，絕大多數(shù)尾礦尚未被綜合利用。在礦冶領(lǐng)域里，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家已把無廢料礦山作為礦山的開發(fā)目標(biāo)，把尾礦綜合利用的程度作為衡量一個(gè)國家科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。我國的尾礦綜合利用研究起步較晚，近幾年發(fā)展迅速。國家科技部“十三五”科技支撐計(jì)劃中“綠色建筑及建筑工業(yè)化方向”中專門列出“工業(yè)及城市大宗固廢制備綠色建材關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目來解決尾礦的綜合利用問題

河北燕山鋼鐵集團(tuán)有限公司每年因主業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生鋼渣（1400t/d 棒磨機(jī)選后鋼渣）和長石尾礦（1000t/d），鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的大量鋼渣的堆存造成了廠內(nèi)土地資源的巨大占用，而且堆放部位存在無法綠植等嚴(yán)重環(huán)境問題。

《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》中明確要求：產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的單位應(yīng)當(dāng)建立健全工業(yè)固體廢物產(chǎn)生、收集、貯存、運(yùn)輸、利用、處置全過程的污染環(huán)境防治責(zé)任制度，建立工業(yè)固體廢物管理臺(tái)賬。國務(wù)院工業(yè)和信息化主管部門應(yīng)當(dāng)會(huì)同國務(wù)院有關(guān)部門組織研究開發(fā)、推廣減少工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量和降低工業(yè)固體廢物危害性的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，公布限期淘汰產(chǎn)生嚴(yán)重污染環(huán)境的工業(yè)固體廢物的落后生產(chǎn)工藝、設(shè)備的名錄。因此，如果不對(duì)尾礦進(jìn)行有效的利用，不僅給企業(yè)帶來沉重的負(fù)擔(dān)，給生態(tài)環(huán)保帶來巨大的壓力，而且也給尾礦堆場附近的居民生活及安全帶來了隱患。

以棒磨機(jī)選后鋼渣和長石尾礦為主要原料，將其制成具有綠色生態(tài)環(huán)保意義的透水磚，項(xiàng)目的實(shí)施將會(huì)為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。

1 能耗分析

本項(xiàng)目主要能源品種有：天然氣、電力和水等。達(dá)產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)年?duì)I業(yè)收入13200.00 萬元，全年各類能源消耗總量為11794.08tce。

能耗指標(biāo)：達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力后，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)120 萬m2透水磚的生產(chǎn)能力，萬元產(chǎn)值綜合能耗指標(biāo)為0.893tce，單位產(chǎn)品綜合能耗指標(biāo)為8.935kgce/m2。

各種能源的年需要量及能耗指標(biāo)見表1。

表1 各種能源的年需要量及能耗指標(biāo)

2 原料分析

2.1 礦物組成與化學(xué)成分

長石尾礦和棒磨尾渣是經(jīng)磁選工藝后產(chǎn)生的殘?jiān)?，長石尾礦主要礦物組成是斜長石、石英為主，并含有10%的云母；棒磨尾渣主要礦物組成為斜硅鈣石、方鐵礦、黑鈣鐵礦、石灰、藍(lán)晶石和硅線石等。其主要礦物成分見表2 和表3，主要化學(xué)成分見表3。

表2 長石尾礦的主要礦物成分（wt%）

表3 棒磨尾渣的主要礦物成分（wt%）

表4 長石尾礦和棒磨尾渣的主要化學(xué)成分（wt%）

由上表可以看出，長石尾礦是硅質(zhì)長石類原料，含鐵量為1.54%，稍高；堿金屬氧化物含量達(dá)5%，較高，是一種很好的熔劑類原料；棒磨尾渣化學(xué)成分中鐵、鈦含量達(dá)到20.56%，有害成分很高。氧化鈣和氧化鎂含量高達(dá)46.78%，接近碳酸鈣中氧化鈣的含量；且氧化硅和氧化鋁含量低，限制了配方中的加入量，需要加入其它原料進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)以上兩種尾礦來說，長石尾礦是一種很好的熔劑性原料，其加入量可在18%。

棒磨尾渣作為透水磚的主要原料—骨料，加入量可在70%。棒磨尾渣和長石尾礦兩者總用量可達(dá)88%。

2.2 放射性

采用FYFS-2002E 型全自動(dòng)低本底多通道γ 能譜儀進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表5 所示。

表5 尾礦的放射性

根據(jù)GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，內(nèi)照系數(shù)IRa ≤1.0，外照系數(shù)Ir ≤1.3 的材料為A 類裝飾材料，A 類裝飾材料使用范圍不受限制。這兩種材料的內(nèi)外照指數(shù)均小于規(guī)定值，因此用長石尾礦和棒磨尾渣燒制的陶瓷制品，其放射性遠(yuǎn)低于陶瓷磚的標(biāo)準(zhǔn)值，達(dá)到A 類裝飾材料的要求。

3 產(chǎn)品的組成研究

3.1 原材料選型

根據(jù)長石尾礦和棒磨尾渣與透水磚組份的差異，結(jié)合項(xiàng)目所在地陶瓷原料的分布情況，選用長石尾礦、棒磨尾渣、粉煤灰、白云石等原料進(jìn)行調(diào)配。

3.2 配方組成研究

以透水磚的樣品性能為基礎(chǔ)，優(yōu)選出下列配方，并壓制成坯體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室燒成。其配方組成見表6。

表6 產(chǎn)品配方組成表

壓制成型的透水磚坯體，干燥收縮率為0.5%。放入試驗(yàn)電爐中燒成。

3.3 最終控制工藝參數(shù)

粉料水分：5%。

粉料細(xì)度：10 目～40 目。

坯體入窯水分：3%。

燒成溫度：1170℃。

生產(chǎn)周期：5.5h。

3.4 產(chǎn)品性能

透水磚產(chǎn)品性能測試結(jié)果見表7。

表7 透水磚產(chǎn)品性能指標(biāo)表

在配方中，以棒磨尾礦、廢瓷粉、長石顆粒為骨料，鋰尾礦和膨潤土為高溫粘結(jié)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)棒磨尾渣化學(xué)成分含鈣量高、礦物成分中有游離鈣的特點(diǎn)，在單體燒成時(shí)有粉化現(xiàn)象，因此在研制透水磚時(shí)，通過高溫熔劑包裹法制作透水磚，使包裹料同易粉化的棒磨尾渣充分反映，形成固溶體?？蔁瞥龇犀F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求的透水磚，其使用范圍滿足A 類裝飾材料的要求.因此，利用棒磨尾渣和長石尾礦生產(chǎn)生態(tài)建筑陶瓷透水磚在技術(shù)上是可行的。

4 工藝流程

4.1 原料預(yù)處理

根據(jù)半工業(yè)中間試驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)品配方組成為棒磨尾渣、長石尾礦、長石顆粒和膨潤土，外加粘結(jié)劑。棒磨尾渣和長石尾礦均利用燕鋼公司的工業(yè)固廢，長石顆粒、膨潤土和粘結(jié)劑直接外購商品原料。

受建設(shè)場地的限制，棒磨尾渣和長石尾礦在場外進(jìn)行預(yù)均化，并分別過10 目篩進(jìn)行分級(jí)處理，不同細(xì)度的物料分別堆放儲(chǔ)存，物料預(yù)均化周期為40 天～45 天。

4.2 原料粉碎

進(jìn)場物料細(xì)度分10 目以上和10 目以下分別存放于原料庫。10 目以上的物料進(jìn)粉碎系統(tǒng)細(xì)碎，10 目以下的物料直接近地面料倉待用。

原料粉碎采用顎式破碎機(jī)粗碎和高壓輥磨機(jī)粉碎系統(tǒng)。生產(chǎn)回收料首先經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎再經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送至加料斗，再進(jìn)入高壓輥磨機(jī)粉碎系統(tǒng)。

地面料倉儲(chǔ)存的粗顆粒棒磨尾渣和長石尾礦分別直接進(jìn)入高壓輥磨機(jī)粉碎系統(tǒng)。由輪式裝載機(jī)將物料加入到加料斗，再經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)和斗式提升機(jī)輸送至靜態(tài)選粉機(jī)，在靜態(tài)選粉機(jī)的入料口前段的皮帶機(jī)上裝有磁選機(jī)用以除鐵；除鐵后的物料進(jìn)入靜態(tài)選粉機(jī)后分為雙支路分出，其中一大部分物料以靜態(tài)選粉機(jī)底流的形式進(jìn)入高壓輥磨機(jī)稱重料倉，還有一部分物料直接被吸入動(dòng)態(tài)選粉機(jī)；進(jìn)入動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的物料分為三支路轉(zhuǎn)出，其中細(xì)度范圍分別控制在10 目～20 目、20 目～40 目和40 目以下的粉料分別直接經(jīng)皮帶機(jī)輸送進(jìn)入各自的儲(chǔ)料料倉，極細(xì)粒度的粉料經(jīng)風(fēng)機(jī)吸入袋式除塵器，較大粒度的物料經(jīng)安裝有磁選機(jī)出鐵裝置的皮帶機(jī)輸送至高壓輥磨機(jī)稱重料倉。

匯聚在稱重料倉中的物料經(jīng)高壓輥磨機(jī)層壓粉碎后被皮帶機(jī)輸送至斗提機(jī)中，通過斗提機(jī)將粉料提升至靜態(tài)選粉機(jī)除鐵區(qū)前段皮帶機(jī)上，并按上述流程進(jìn)行循環(huán)分選與破碎制粉。

10 目以下的物料、長石顆粒和膨潤土直接由皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送至儲(chǔ)料料倉待用。

4.3 配料、混料

各種不同細(xì)度的合格粉料，由皮帶運(yùn)輸機(jī)倒運(yùn)到儲(chǔ)料倉內(nèi)，在儲(chǔ)料倉內(nèi)分類存放均化。

儲(chǔ)料倉內(nèi)的不同粉料，由變頻流量秤稱量計(jì)量后，再由皮帶運(yùn)輸機(jī)分別送至基料和面料配料料倉，

再分別經(jīng)變頻流量秤稱量計(jì)量后，與粘結(jié)劑一起分別加入到基體層和面層混料機(jī)內(nèi)，在傾斜式強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加水混合（粉料含水率4%～8%），在混料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分的攪拌混合。

基層料的混料時(shí)間為10min，面層料的混料時(shí)間為15min（含進(jìn)、出料時(shí)間）。

4.4 成型、干燥和燒成

混合均勻的粉料采用YPT1500 型透水磚壓機(jī)壓制成型，成型布料采用二次布料，基料和面料依次進(jìn)入模具，然后通過1500t 壓力機(jī)一次壓制成型，以保障產(chǎn)品的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

成型之后的磚坯經(jīng)過排磚機(jī)送到輥道窯燒成。

4.5 檢驗(yàn)、包裝

燒成后的產(chǎn)品對(duì)其尺寸偏差、外觀質(zhì)量（包括長度、寬度、厚度、對(duì)角線、平整度、粘皮、缺損、垂直度、直角度、裂紋、缺棱掉角、顏色、花紋）、強(qiáng)度等級(jí)和透水系數(shù)進(jìn)行檢測；最終對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)定、分級(jí)，再經(jīng)自動(dòng)碼垛包裝后入庫。

5 污染控制措施

5.1 噪聲治理措施

風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)和各種破碎機(jī)等均選用低噪聲設(shè)備，并安裝消聲器或局部設(shè)立隔音吸聲裝置。為保證廠區(qū)內(nèi)外噪聲水平達(dá)標(biāo)，在設(shè)備選型時(shí)，選用輻射噪聲小、振動(dòng)小的設(shè)備，同時(shí)使產(chǎn)生噪聲的設(shè)備遠(yuǎn)離辦公和員工生活區(qū)。通過以上降噪措施使環(huán)境噪聲達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 粉塵治理措施

5.2.1 原料卸料和倒運(yùn)粉塵治理措施

原料庫內(nèi)配套設(shè)置全覆蓋的自動(dòng)噴淋抑塵設(shè)施，并在料庫出口設(shè)置有車輛自動(dòng)洗輪機(jī)，防止泥土粘帶。

5.2.2 工藝粉塵治理措施

皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)等在工作過程中存在一定數(shù)量的轉(zhuǎn)料接口，轉(zhuǎn)料過程中較易產(chǎn)生無組織形式的粉塵。在各轉(zhuǎn)料設(shè)備受料點(diǎn)和卸料點(diǎn)均設(shè)有密封罩，并經(jīng)排塵口、風(fēng)管連接引至室外袋式收塵器。廠區(qū)內(nèi)物料運(yùn)輸皮帶運(yùn)輸機(jī)均采用封閉的皮帶通廊。

原料破碎系統(tǒng)、高壓粉磨機(jī)、料倉等處有粉塵產(chǎn)生，均設(shè)有脈沖噴吹袋式除塵器，除塵效率達(dá)99%以上；壓制成型過程中，有少量粉塵產(chǎn)生，在壓機(jī)及壓機(jī)料倉設(shè)有脈沖噴吹袋式除塵器，除塵效率達(dá)99%以上。

5.2.3 燒成窯爐燃燒廢氣治理措施

本項(xiàng)目燒成窯爐以高爐煤氣+天然氣為燃料，通過煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)處理，其燃燒的廢氣中煙塵和NOX的排放量均達(dá)到《河北省陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/5214-2020）的要求。

以高爐煤氣為燃料燃燒的煙氣中，顆粒物濃度50mg/m3～100mg/m3，NOX濃度約為200mg/m3；以天然氣作為燃料的窯爐，煙氣中顆粒物濃度50mg/m3～100mg/m3，SO2濃度約為50mg/m3～300mg/m3，NOX濃度約為90mg/m3～250mg/m3。為確保顆粒物、SO2和NOX排放達(dá)標(biāo)，本項(xiàng)目的煙氣脫硫脫硝擬采用窯尾廢氣脫硝+脫硫工藝。

脫硝采用SCR 技術(shù)是O2和催化劑存在的條件下，在120℃～300℃溫度窗口內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx 還原為N2和H2O。經(jīng)過脫硝處理的尾氣，再進(jìn)入脫硫塔水洗脫硫后排放，排放口直徑約900 mm。

經(jīng)過綜合治理后，其燃燒的廢氣中煙塵、SO2和NOX的排放濃度均達(dá)到現(xiàn)行河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《河北省工業(yè)窯爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/1640-2012）和《河北省陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/5214-2020）的要求，其出口含顆粒物濃度≤10mg/m3，SO2濃度≤30mg/m3，NOX 濃度≤100mg/m3。

5.3 廢水治理措施

（1）各車間工段的生產(chǎn)廢水，均分別匯集于沉淀池中，采用沉淀法對(duì)廢水進(jìn)行處理，經(jīng)多級(jí)沉淀池處理后，上清液由泵提升循環(huán)再用，不外排。

（2）員工生活污水。員工生活污水量較少，其中糞便污水經(jīng)化糞池處理后和職工其他生活污水一起排至燕鋼公司現(xiàn)有的污水處理廠進(jìn)行統(tǒng)一處理。

5.4 固體廢棄物處置

廢產(chǎn)品和除塵器收集的粉塵，可以作為骨料加入到泥料中；沉淀池污泥可作原料加入坯體中，使廢物得以利用，做到清潔生產(chǎn)。

項(xiàng)目總定員140 人，員工生活垃圾年產(chǎn)生量為50.40t，經(jīng)收集后委托當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門及時(shí)上門清運(yùn)，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響。

5.5 主要污染物產(chǎn)生及預(yù)計(jì)排放量表

主要污染物產(chǎn)生及預(yù)計(jì)排放量見表8。

表8 主要污染物產(chǎn)生及預(yù)計(jì)排放量表

6 市場需求分析

6.1 透水磚市場需求分析

2015 年國務(wù)院辦公廳部署推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作以來，全國已有30 個(gè)城市被選定為海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)城市。隨著地方相關(guān)政策高密度落地，試點(diǎn)項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)，“十三五”期間海綿城市萬億市場空間已經(jīng)打開。

國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2015〕75 號(hào)）指出，通過海綿城市建設(shè)，最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。到2020 年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。

如何做到將70%的降雨就地消納和利用？透水磚無疑成為海綿城市建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵有機(jī)體，也由此進(jìn)入陶瓷企業(yè)視野。

相對(duì)于數(shù)千億龐大市場，全國透水磚20 幾條生產(chǎn)線才算剛剛開始，隨著海綿城市試點(diǎn)推進(jìn)，以及日后的推廣普及，透水磚市場將迎來爆發(fā)期。因此，地方政府大力支持透水磚環(huán)保項(xiàng)目，企業(yè)看好其市場前景。

6.2 項(xiàng)目目標(biāo)市場

首先，滿足河北省需求，同時(shí)重點(diǎn)可向北京、天津等國際化大都市、雄安新區(qū)及新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙、山西、東北各省市銷售。我國北方地區(qū)需求較南方迫切，正好突出本項(xiàng)目銷售的區(qū)域優(yōu)勢。

其次，在國際上，與我國毗鄰的韓國、日本，受自然資源和環(huán)保要求的制約，建筑陶瓷產(chǎn)品基本依賴進(jìn)口，其需求量也是巨大的。因此，可積極開拓國際市場，運(yùn)用多種形式樹立本產(chǎn)品的國際形象，積極發(fā)展海外經(jīng)銷商，到海外投資建立營銷中心、配銷中心，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，開展在線貿(mào)易。

7 結(jié)語

河北燕山鋼鐵集團(tuán)有限公司以實(shí)現(xiàn)長石尾礦和棒磨尾渣無害化、資源化利用，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展為核心目標(biāo)，充分響應(yīng)國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的相關(guān)政策，以技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新為動(dòng)力，實(shí)施新型建材產(chǎn)業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)，共同實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，能夠起到明顯的帶動(dòng)作用。經(jīng)可研論證后，結(jié)論如下：

（1）項(xiàng)目符合國家有關(guān)節(jié)能、環(huán)保、廢棄物綜合利用的政策，利用長石尾礦和棒磨尾渣燒制生態(tài)建筑陶瓷，不僅可實(shí)現(xiàn)企業(yè)主業(yè)尾礦的無害化、資源化利用，而且促進(jìn)了鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（2）根據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019 年本）》和《2017 年工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》本項(xiàng)目不屬于限制類和淘汰類項(xiàng)目，項(xiàng)目利用尾礦渣進(jìn)行生態(tài)建筑陶瓷生產(chǎn)，為國家鼓勵(lì)類，項(xiàng)目建設(shè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策。

（3）透水磚建設(shè)海綿城市的關(guān)鍵材料，在本省和國內(nèi)市場上均有廣闊的銷售空間，發(fā)展前景良好，市場潛力巨大。

（4）建廠地質(zhì)條件優(yōu)越，交通運(yùn)輸便利，原材料來源豐富，供電、供水、供氣等基礎(chǔ)條件可已落實(shí)到位，具有較好的建設(shè)與外部協(xié)作條件。

（5）項(xiàng)目針對(duì)長石尾礦和棒磨尾渣的性能特點(diǎn)，參照國內(nèi)成熟先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和裝備，融合企業(yè)自主研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，制定的生產(chǎn)工藝技術(shù)方案合理可行，項(xiàng)目采用國內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)、節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)及設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排綠色環(huán)保。

綜上所述，本項(xiàng)目以實(shí)現(xiàn)長石尾礦和棒磨尾渣無害化、資源化利用，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展為核心目標(biāo)，符合國家有關(guān)節(jié)能、環(huán)保、工業(yè)廢棄物綜合利用政策，所確定的工藝技術(shù)方案合理可行，生產(chǎn)線建設(shè)的基礎(chǔ)條件具備，采用國內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)、環(huán)保技術(shù)及設(shè)備，在生產(chǎn)過程中沒有形成再污染，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排綠色環(huán)保。產(chǎn)品市場前景廣闊，項(xiàng)目經(jīng)營安全度良好，有一定的盈利能力，項(xiàng)目實(shí)施可取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。