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1、东北大学硕士学位论文矿业废渣混凝土空心砌块的技术研究姓名：董福彬申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：张国联20041201蠢蠹摹募喜：蕈誊蠹霉蓍毫譬耋i 、i 宴r U 她一b 囊荔羹c a磐哩辨蓉蓦L a 受；蕊K 蒸冀蕈薹警整班辩跫薹誊i要零螽嚣鼙蓦越鲼嚣蓦；碰鳇姜辩耋辩鬻；臻掌刃鬻霆疆嘉疑嚣隋衍铲；鞠拱薹卤髦i替爨捌警曼嚣也- 繁存辔羹蕊嚣x耋一螽篓孽薹零至藿委霪薹姜萎囊誊。蠢；= 萋! 毫i 妻l 萋摹萋薹薹妻i 昨塞蠹誊；：圣i ；删馨薹雾毳尊害蠹妻霉耋藿要参薹瑚篓翼毒差善骞誊；囊蘼如霪琴要薹寸囊薹囊鬣时器薹蔓彗薹墓薹錾登蓑，两笺嚣霪妻蠹登篓妻餮。醛墩羹雾季蠹孽嚣莹鑫攀冀j 薹
2、囊蚕鎏专蓦E 萋妻囊薹羹羹霎墓；i 雾妻僻鬟囊? 萎錾荔薹萎羹警墓墓誊羹塑墓妻薹蕈誊耄冀蓉冀萋蠢鋈：萋囊! 蘸蓁掉熏藿鬟薹肇群耄蚕囊篓量耋萎、嚣爵莹薹妻馨附高璺蠹雾三：錾篓：璧罄：薹霪囊霉甜姜妻囊薹荔蠢璧囊髻=i 兰i ；! 耋i ；寿；i | 掌誊篙_ J 莲垡霭简缨墓蔺趟善：萋雾譬翼蠢纂薹嚣鏊。妻蠹萋囊。望萋蠹霎。薹萋囊= 譬籍茎主羹! 萋：囊冀。善蠢摹蠢譬 q 箨。善耋妻萋霉篓耄。藿； 羞! i 耋-= ；善喜翥薹：爹毫掌主。薹主至董。薹薹誊羹萎5 ；ix袭恁走学硕士喾位论文第一章绪论1 1 概述第一章绪论在当今爨爨经济、睾圭衾笈爱嚣漆貔三大逡蘧( 人翟、资源、醛璞) 中，矿娥废渣就与其
3、中的两项有关。因此，综合利用矿业废渣资源，使之变废为宝、变害为利，对于节约资源，改善环境，提高效益，促进经济增长方式的转变，突现矿产资源钓优化配置鄹矿业可持续发展，具有十分重要的话用“1 。铁矿露矿跫金属矿鼗部门在开采分选矿石之蜃捺藏的誓辩不l 耱震静露体溅粉状废料，包括矿山尾矿和选矿厂尾矿。其中矿山尾矿包括己开采出的伴生咫岩和中途剔除的低品位铁矿石；选矿厂尾矿包括采用一定工艺，机械洗选铁矿石之器篓 羧瓣矿凌疲辩，缀疫鞍缨。铁逵矿藏分复杂，其审除微爨戆金霾强，如铁、镁外，主要是石英、长石、辉石、石榴予石、角闵石、方解石、自云磊及其蚀变而成的粘土、云母等硅酸盐、锅硅酸盐、碳酸岩、钙镁碳酸岩等矿物
4、，化学成分主要为硅、铝、钙、镁氧化物及少量钾、钠、钦、铁等瓶亿物。故可以将萁程鸯一耱“复台豹”矿镪耱瓣。我国是个矿业资源大阑，但很多矿具有贫、杂、细的特点，即矿石的品像低，所含的有害物质多，备种矿物的嵌布细度低。这种特性就造成了我国的铁耀矿疆嚣耆类篷屠多8 1 。攫苓完全统诗，我嚣金属矿出积存静恳矿总量在4 0 钇吨以上，并皴每年1 1 亿崤的速度递濑。尾矿排放物不仅占蔫了大量鲍遗，还污染了环燧，尾矿坝也险况常现。弱据我国4 0 0 多个尾矿库统计，排放的尾矿直接污染土地上百万亩，间接污染上千万亩。故如何综合利用这些尾矿资源，绦护努我莺瓣繇壤藏秀了灏镣解决赘蠲怒。鑫于趸矿蹩一稃复合梦黪覆粒资源
5、，其化学成分主要以F e ，s i ，M g ，c a ，舢的辍化物为主，细度已达O + 5 撇n 以下，小于0 0 7 4 m m 的占4 0 以上，与建筑材料领域所用原料十分接近，是一种已经加工藏缎粒的天然混合耪料。正是宙予照矿的鬏粒微缎移多组分漫合的特性，掰以在建耱领域铡用尾矿魄其它镁壤羁穗英提缝寄瘸矿耪兵有更多翡优点。铁麓矿的综合利用，可以大最利用铁尾矿资源，变废为窳，而且可以大量节省水溅、粘土和砂等黛贵资源。制成的混凝士制晶可大量应用于道路面屡、制成墙体材耱，枣缓蘸爨棼豢广瘸。尾矿不假占用耕地，造成环境污染，而置如设计不当尾矿嫒坍塌还会造成人员伤亡，间时尾矿输邀排放需要大嫩机械设备和
6、电力设施，搬报导”1 ，每输东北大学硕士学位论文第一章绪论送1 吨尾矿要耗资2 3 元人民币；每处理1 吨原矿需要1 1 1 4 吨水，这样对尾矿加以利用就显得十分必要。目前，由于地球资源短缺，世界各国都把尾矿当作二次资源对待1 3 】，综合利用领域广阔。除从尾矿中提取有用组份外，还将尾矿用于矿井充填料，在农业中用作改善土壤或直接用于交通、土木工程中，同时也用于建材领域，作为原料生产各种建筑材料等。用矿业固体废料作为工业生产的原材料，发展节地、节能、节材、环保、利废的新型工业产品，无疑将对我国的可持续发展产生重大而深远的影响。1 2 国内外综合利用矿业废渣情况当前，随着地球资源的不断减少和人们
7、环境意识的增强，世界各国都十分重视对尾矿的综合利用。尤其是工业发达国家，他们投入大量人力物力广泛开展对尾矿的综合利用，并把利用程度作为衡量科学技术水平和经济发达程度的标志0 1 。各工业化国家把无废料矿山作为矿山开发目标“1 ，广泛开展对尾矿的综合利用研究，尤其是在利用尾矿研制生产建筑材料方面取得很大成果。俄罗斯、美国、日本和加拿大等国最为突出。1 - 2 1 国外利用矿业废渣研制生产建筑材料的现状对于矿业废渣建筑材料的开发研究，国外起步较早。早在6 0 年代，前苏联己开始利用尾矿研制生产建筑材料，现俄罗斯选矿厂尾矿用作建筑材料约占6 0 0 1 ，现己用尾矿制造建筑微晶玻璃、耐化学腐蚀玻璃等
8、制品m 1 ，同时研制生产各种矿物胶凝材料和墙体材料，俄罗斯克里沃罗格铁矿将尾矿中粗级别颗粒( 1 4 m m ) 用于作重混凝土的骨料，并用于生产粘土一硅酸盐渣砖等；小于1 4 n l n l 的尾矿可适当代替天然砂，作密实的硅酸盐、蒸压和非蒸压硅中的充填剂以及制各混凝土时代替部份水泥等4 1 。俄罗斯最大的铁矿基地之一库尔斯克磁力异常区“1 ，对尾矿进行了合理利用，其利用率达1 5 左右，矿区建起了水泥厂和硅酸盐玻璃厂等，取得了较好经济效益；高加索矿物研究所，用尾矿生产硅酸盐砌墙材料、蒸压硬化饰面材料和沥青混凝土等，并列出了以铁矿石生产中产生的废料为基础的新企业与原有建材企业的主要技术经济
9、指标比较，从中可看出：充分利用尾矿作为生产各种建材产品的原料是经济和合理的。俄罗斯科夫多尔和卡齐纳尔采选公司对低品位铁矿石选矿尾矿进行研究表明：尾矿中含有大量硅酸镁类矿物( 镁橄榄石和辉石) ，而且尾矿中含有不同粒级2 东北大学硕士学位论文第一章绪论1 2 2 国内矿业废渣的综合利用情况我国对尾矿的开发和利用也非常重视，在国家计委和国家科委制定的“中国2 1 世纪议程”中“，已将尾矿的开发和利用，作为今后支持发展的内容之一。近几十年来，我国在尾矿研制和应用方面取得了一批重要成果，主要集中于以下几方面：利用尾矿生产墙体材料；利用尾矿生产水泥；利用尾矿生产玻璃与玻璃质制品；利用尾矿生产建筑陶瓷制品
10、；利用尾矿制作无机人造大理石；利用尾矿生产耐火材料；用作混凝土粗细骨料和建筑用砂；用于铺筑路基、基础垫层材料和路面沥青掺混料等。目前我国墙体材料( 9 0 以上为粘土砖) 生产能耗和建筑采暖能耗约占全国总能耗的1 5 ，每年烧砖毁田在6 7 0 0 万m 2 以上。这与我国社会和经济的可持续发展极不相称。故国家计委和科委等制定的“中国2 1 世纪议程”将尾矿利用作为今后发展的主要内容之一。目前，我国铁矿尾矿的利用集中在以下几个方面：n ) 用于研制生产水泥。( 2 ) 用于生产建筑玻璃及微晶玻璃。( 3 ) 用于生产建筑陶瓷。( 4 ) 用于研制生产墙体材料，如蒸养砖、烧结砖以及面砖等等。(
11、5 ) 用作道路材料。鞍钢矿山公司大孤山选矿厂自1 9 7 9 年就开始利用尾矿为主要原料进行尾矿蒸养砖的试验研究1 ，该砖对原料有一定要求，其主要原料以含铁尾矿为主，加入适量的c a O 活性材料，经一定的工艺制得，经反复研究试验，达到了国家规定的蒸养灰砂砖标准。尾矿蒸养砖的反应机理是：尾矿粉、生石灰、水混合搅拌后，生石灰遇水消解成c a ( O H ) 2 ，砖在蒸压处理时，C O H ) 2 在高压( 8 k g ，c m 2 )饱和水蒸汽条件下与S i 0 2 进行硬化反应，生成含水硅酸钙即硬硅酸钙石及透闪石，使砖产生强度。该尾砂蒸养砖的主要技术参数是：抗压强度1 4 7 12 9 4
12、 l M P a ，抗折强度3 O 和5 7 9 M P a ，容重19 3 4 2 0 0 0 k g m 3 ，抗压性、耐久性等均符合要求。中南工业大学章庆和等人“”也对尾矿进行了蒸养砖的研究，试验主要采用常压蒸养固结的方法，并对尾矿的机理、工艺流程等进行了研究，该尾矿是铁矿石经还原焙烧再磁选后的废弃物，其化学组成为S i 0 2 ，5 2 7 4 ，c a 0 2 ，1 8 ，M g O ，O 1 6 ，A 1 2 0 3 ，1 7 ，粒度较细，砖的反应机理为：由于该尾矿是铁矿石经过还原焙烧后再磁选的产物，尾矿中含有一定量活性s i 0 2 和活性A 1 2 0 3 ，在蒸养条件下，可进
13、行一定反应，生成一系列的水化产物，使制品固结并具有d 拳托大擎硕士学啦论文第一枣疆论矿中心“。，利用首钢铁矿恳矿研制烧出优美的棕色工业陶瓷和日用陶瓷，取得较好效果。l 。2 3 发展越势尾矿是一种复合矿物原料，可生产多种建筑材料，我国在利用尾矿研制生产建筑耪秘方甏己开震了大爨磺究工豫，毽锈存在不乡翊嚣，慧戆袋诱，赉予腾矿在制作砖簿建筑材料时，常会出现圆化反应困难，胶浆与尾矿的握裹力差，糙级配比不合理，材料收缩性强等问题“，导致制品栩始强度低，成品率低，虽在硬化过程中易出现徽裂纹等o “，致馒尾矿砖铡晶鹱量不稳定，不能有效阻止和封闭砖雨肖毒有害维镑内外迁移和渗透等雠，在定程度上彩确了尾矿砖制品的
14、推广应用。根据目前情况，下世纪我国一些企舭将面临无米之炊的危险，些资源将疆蕴穗蠛，医藏，鸯薹强遐矿凌建毒| 羲域瓣残忍是缓减辘鬻炎滚不是瓣窍效途弪。鼹矿利用是一硕多学科、多层次、多困素的系统工稔，也是带有战略性的大课臌，关系着经济建设的可持续发展，相信2 1 世纪尾矿在建筑材料锁域的利用必将开发出更掰的产品，健建树产品由传统型向高效、多功能、装馋趔发展，满足对建筑僮嗣麓麓和节躲环像要求“”3 。因此，根据目前尾矿废渣资源化处理的现有技术水平和发展趟势“”1 ，结合尾矿性质特点和未来环保发展要求，对尾矿制作砖等建筑材料避行相应的技零致关：遥过深入系统醭究，磅割麓毒效提裹是矿砖涮燕霾位速痰及强度，
15、射老化、抗渗遴簿性能翻砖药帮，阻止有繇有害元素的渗漏，克服麓矿砖制品存谯的缺陷；研究成功低能耗、低成本、光污染的制晶成型技术；初步形成一套麴荆制度与成烈工艺配套的制砖技术，从丽为提高我鼠尾矿废渣资源化处理技零蒡羹综合效熬翻造条 孛，赣然是必要弱。魏癸，及辩磷究嚣发矿由蘧矿裁话砖铸建筑材料技术对消除尾矿对经济发展和环境造成的不良影响，獭化废渣资源化开发强度，脊效解决尾矿堆放的不合瑷局面，改蒂矿山企业经济运行态势都将起到良好捉遴俸弱。1 3 本论文研究的主要内容及技术路线国内癸多戮邃矿终燕豢l 逑零嚣、蘧蟪磺及徽鑫玻璃豹寡辩，鬣掰鞋生产热气混凝土制品蒋，都没有将其应用于混凝土砌块的生产，并且这燃应
16、用，存在精尾矿用量小、生产和运输成本高的问题，制约了尾矿的大宗工业化利用。而6 ，拳托大擎硕士学啦论文第一枣疆论矿中心“。，利用首钢铁矿恳矿研制烧出优美的棕色工业陶瓷和日用陶瓷，取得较好效果。l 。2 3 发展越势尾矿是一种复合矿物原料，可生产多种建筑材料，我国在利用尾矿研制生产建筑耪秘方甏己开震了大爨磺究工豫，毽锈存在不乡翊嚣，慧戆袋诱，赉予腾矿在制作砖簿建筑材料时，常会出现圆化反应困难，胶浆与尾矿的握裹力差，糙级配比不合理，材料收缩性强等问题“，导致制品栩始强度低，成品率低，虽在硬化过程中易出现徽裂纹等o “，致馒尾矿砖铡晶鹱量不稳定，不能有效阻止和封闭砖雨肖毒有害维镑内外迁移和渗透等雠，在定程度上彩确了尾矿砖制品的推广应用。根据目前情况，下世纪我国一些企舭将面临无米之炊的危险，些资源将疆蕴穗蠛，医藏，鸯薹强遐矿凌建毒| 羲域瓣残忍是缓减辘鬻炎滚不是瓣窍效途弪。鼹矿利用是一硕多学科、多层次、多困素的系统工稔，也是带有战略性的大课臌，关系着经济建设
