尾礦做建筑用骨料的應(yīng)用研究

　　摘要：本文綜述了利用尾礦生產(chǎn)建筑骨料的產(chǎn)生背景，研究了尾礦骨料的材性及在混凝土及其制品中的應(yīng)用，介紹了其研究應(yīng)用的可喜成果與意義，并提出了開發(fā)尾礦骨料需解決的若干問(wèn)題

　　關(guān)鍵詞：  尾礦  尾礦骨料  骨料  建設(shè)骨料  混凝土

　　一、解決建筑骨料資源迫在眉睫

　　建筑用骨料（砂石）是混凝土及其制品的基本組成材料,也是消耗自然資源最大的材料，據(jù)不完全測(cè)算，全國(guó)每年建筑骨料用量約為50多億噸。目前我國(guó)大多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的骨料仍是天然砂石，天然砂石資源是一種地方資源、是短時(shí)內(nèi)不可再生和長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)模梢詳嘌?，建筑骨料的供需矛盾今后將更為突出，不僅價(jià)格會(huì)越來(lái)越高，同時(shí)要影響工程建設(shè)的進(jìn)展與質(zhì)量。

　　由于砂石資源短缺，價(jià)格上漲，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，出現(xiàn)了無(wú)償、無(wú)序、無(wú)度的“三無(wú)”混亂開采局面，非法盜采砂石的現(xiàn)象屢禁不止，河道挖砂石影響了堤岸安全、河勢(shì)穩(wěn)定、防汛排洪、水路交通與有關(guān)設(shè)施，因挖砂而導(dǎo)致橋毀路斷的消息屢見報(bào)端；城市丘陵山地石料場(chǎng)的開采，嚴(yán)重破壞了自然山體的景觀和綠色植被，遭致邊坡失穩(wěn)和城市景觀的破壞。另外，天然砂石在生產(chǎn)、貯存、和運(yùn)輸過(guò)程中還造成對(duì)空氣和環(huán)境的污染，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。

　　為此，2001年10月25日，國(guó)務(wù)院頒布了《長(zhǎng)江河道采砂管理?xiàng)l例》。2003年5月底，北京市全面關(guān)閉了市行政區(qū)內(nèi)的河道采砂。2003年6月起，蘭州市實(shí)施了城市規(guī)劃區(qū)黃河河道采砂管理暫行規(guī)定。2003年重慶、江西、安徽等省市都相應(yīng)出臺(tái)了河道采砂管理辦法?？偟拇胧┦?，打擊亂采濫挖，采取采砂許可證制度，限時(shí)、限量、限區(qū)域開采。雖然河道采砂石得到了初步整頓，但并未從根本解決砂石資源問(wèn)題。天然砂資源緊缺，尋求替代材料迫在眉睫。

　　二 、尾礦資源豐富待用

　　我國(guó)有大量的金屬礦和非金屬礦，前兩年統(tǒng)計(jì)，共有國(guó)有礦山1萬(wàn)多座，鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體及個(gè)體礦山28萬(wàn)個(gè)，在采礦和加工過(guò)程中伴隨產(chǎn)生約20%—80%的尾礦，有相當(dāng)尾礦沒有合理利用，共存各類尾礦約有上百億噸，占地100多萬(wàn)畝。這些尾礦一般都堆積在礦山的周圍，占用土地、損傷地表，破壞土壤、危害生物，淤塞河床、污染水質(zhì)，飛揚(yáng)粉塵、污染大氣，特別是尾礦壩逐年增高，極易滑坡，造成對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)的侵害，危害很大，僅近一年的時(shí)間，山西、河北、陜西等地的尾礦潰壩見報(bào)的就發(fā)生3起，造成31人死亡。另外，尾礦維護(hù)、管理、運(yùn)行費(fèi)用大，據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年要花費(fèi)10—15億元堆放尾礦。

　　尾礦作為固體廢棄物是一個(gè)相對(duì)的概念。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，廢物成為資源已被人們接受，資源的二次利用日益被人們所重視。但如此大量的資源，沒有大批量的利用方法也是難以處理的。如果把尾礦利用與建筑用骨料生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，把尾礦制成建筑骨料，即解決了尾礦的出路問(wèn)題，又解決了建設(shè)用骨料資源問(wèn)題，是一舉兩得的好事。

　　三 、尾礦骨料的研究應(yīng)用結(jié)果

     1、尾礦做建筑骨料的材性可行性研究

　　在混凝土及其制品中骨料占體積的70%～80%，因此，骨料對(duì)混凝土的性能有重要的影響。但在大多數(shù)情況下并沒有對(duì)巖石的礦物類型本身有特殊的要求，不按其礦物成分分類。建筑用骨料需要具有足夠高的硬度和強(qiáng)度、良好的級(jí)配和粒形，不含有害雜質(zhì)、粘土和有機(jī)物等雜質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性好，用于民用建筑的骨料還要具備低的放射性。

　　目前，作為建筑骨料的尾礦多為鐵礦和石灰石礦的廢棄物，尾礦成分絕大部分為硅質(zhì)和鈣質(zhì)氧化物，筆者依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T14684《建筑用砂》、GB/T14685《建筑用卵石、碎石》對(duì)幾個(gè)地區(qū)的尾礦進(jìn)行了檢驗(yàn)，由于骨料的顆粒級(jí)配、針片狀含量、石粉含量、泥塊含量這些指標(biāo)是可以在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)改變?cè)O(shè)備和工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整和控制的，對(duì)尾礦能否制建筑骨料無(wú)決定影響，而強(qiáng)度、有害物質(zhì)、堅(jiān)固性是判定尾礦能否制建筑骨料的關(guān)鍵，堿骨料反應(yīng)及放射性是決定建筑骨料使用場(chǎng)合的指標(biāo)，故將有關(guān)此類指標(biāo)的部分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表一。表一略.  

　　注1：表中所列國(guó)標(biāo)要求均為Ⅲ類要求,有/者，/前為砂，/后為石，沒/砂石一致，數(shù)據(jù)為平均值。

　　*注2、*注3、*注4：所檢的樣品中少數(shù)樣品有潛在堿集料反應(yīng)

　　從表一可以看出，絕大多數(shù)尾礦制成的骨料材性是合格的，少數(shù)存在堿集料反應(yīng)的尾礦可以通過(guò)原料選擇和控制骨料使用范圍來(lái)解決應(yīng)用問(wèn)題。當(dāng)然，從另一方面也說(shuō)明了，并非所有的尾礦都能用來(lái)制建筑骨料，在建筑骨料的生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原料的檢驗(yàn)，以保障建筑骨料的質(zhì)量。

　　2、  尾礦配制混凝土及制品的研究

　　尾礦骨料由于其顆粒級(jí)配、粒形甚至顏色都與天然骨料有明顯的不同，在全國(guó)推廣使用還較少，大多數(shù)的使用單位還不認(rèn)識(shí)和不接受尾礦骨料，特別對(duì)尾礦砂的使用陌生。其實(shí)，天津市87年就在近萬(wàn)米的工程上使用了首鋼遷安礦山的尾礦人工砂，北京市96年也在住宅工程、工業(yè)廠房和道橋工程上應(yīng)用了河北三河的尾礦人工砂，不僅在當(dāng)時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且，到目前工程質(zhì)量依然良好。

[Page]
　　尾礦骨料目前主要分為兩類，一類是在提純過(guò)程中留下的石子和砂，如鐵礦的磁滑輪石和幾次磨細(xì)的尾礦砂。磁滑輪石可以作為建筑組骨料使用。磨細(xì)的尾礦砂決大部分很細(xì)，細(xì)度模數(shù)在0.8左右，這部分尾砂直接作為混凝土用砂目前存在一定困難，可以直接用做制品或在其排放時(shí)經(jīng)旋流、篩分等處理提高其細(xì)度模數(shù)后再用。另一類是礦產(chǎn)品的篩下物、底品位的礦石、圍巖再經(jīng)機(jī)械破碎、篩分加工的機(jī)制砂石，這類尾礦砂石與其他機(jī)制砂石一樣。由于尾礦礦源的不同、生產(chǎn)加工尾礦人工砂的設(shè)備和工藝不同，生產(chǎn)出的尾礦人工砂粒型、級(jí)配和石粉含量可能會(huì)有區(qū)別，但只要能滿足國(guó)標(biāo)中的全部技術(shù)指標(biāo)，使用單位就可以在混凝土和砂漿中放心大膽使用。而對(duì)達(dá)不到國(guó)標(biāo)技術(shù)要求的尾礦骨料，不要遷就使用，因?yàn)橥渌斯ど笆粯樱驳V骨料的粒型、級(jí)配和石粉含量都是可以調(diào)整和改進(jìn)的。正是具有這些特點(diǎn)，才使尾礦骨料在配制混凝土?xí)r，砂石之間、砂石與水泥之間的結(jié)合好，密實(shí)度高。彌補(bǔ)了人工砂石和易性稍差、需水量大帶來(lái)的不足。

　　多年來(lái)，我們對(duì)尾礦骨料進(jìn)行了大量的研究。包括了建筑砂漿、普通混凝土、預(yù)拌混凝土和制品的試配與應(yīng)用?，F(xiàn)將分試驗(yàn)結(jié)果分別列于表二、表三、表四、表五、表六,表格均略。鐵礦尾礦砂細(xì)度模數(shù)為0.8,為特細(xì)砂，尾礦碎石為5-10mm的連續(xù)級(jí)配。

　　從表二、表三、表四、表五和表六可以看出，尾礦骨料無(wú)論是粗骨料，還是細(xì)骨料，無(wú)論細(xì)度模數(shù)如何，在配制普通混凝土、預(yù)拌混凝土，還是混凝土制品都與天然骨料沒有區(qū)別，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行。另外，尾礦人工砂混凝土的干縮、抗凍、抗?jié)B等長(zhǎng)期耐久性能也進(jìn)行過(guò)專門試驗(yàn)，完全符合工程規(guī)范要求。

　　3、應(yīng)用實(shí)例

　　從20世紀(jì)80年代起，首鋼遷安礦業(yè)公司就開始與有關(guān)單位進(jìn)行尾礦砂石開發(fā)與應(yīng)用研究。91年，尾礦應(yīng)用研究通過(guò)了成果鑒定，并榮獲天津市科技成果獎(jiǎng)。但由于種種原因該成果沒有得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。2004年起，尾礦骨料的利用得到迅速的發(fā)展。目前，該公司200萬(wàn)噸鋼新建工程完全使用尾礦骨料，還供應(yīng)北京、天津部分建筑工程使用。到2005年初，減少尾礦排放量70萬(wàn)噸，從而降低管道磨損，降低電耗、備件消耗累計(jì)節(jié)省尾礦運(yùn)輸費(fèi)用130萬(wàn)元。少占用尾礦庫(kù)容量40萬(wàn)立方米，，延長(zhǎng)尾礦庫(kù)使用年限，合計(jì)增收節(jié)支646萬(wàn)元。另外，通過(guò)尾礦利用，減輕了對(duì)周邊環(huán)境的污染，為保護(hù)灤河水質(zhì)做出了貢獻(xiàn)，環(huán)境效益明顯。

　　安鋼集團(tuán)舞陽(yáng)礦業(yè)公司2005年全年剝離量1400萬(wàn)噸，可利用的圍巖量1000萬(wàn)噸；尾礦砂164萬(wàn)噸。該公司已建成了一條年處理量800萬(wàn)噸的尾礦骨料生產(chǎn)線，從試產(chǎn)分析，可節(jié)約廢料專門存放所使用的土地100畝/年，延長(zhǎng)輸送系統(tǒng)、庫(kù)容壽命帶來(lái)的效益約90萬(wàn)元/年，目前生產(chǎn)砂石產(chǎn)品的利潤(rùn)630萬(wàn)元/年，總經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)約1320萬(wàn)元/年。

　　北京密云鐵礦，目前年生產(chǎn)精礦粉45萬(wàn)噸，產(chǎn)生圍巖200多萬(wàn)噸，尾礦砂100萬(wàn)噸。圍巖已全部加工成建筑骨料，產(chǎn)值約4000多萬(wàn)元。尾礦砂中全部作為建筑細(xì)骨料，其中，30%直接作為建筑用砂，其余用于建筑磚和砌塊等產(chǎn)品，產(chǎn)值約1000多萬(wàn)元?；咀龅轿驳V的零排放，已初步建成花園式礦山。歷年積累的尾礦也處理了將近2000萬(wàn)噸，為解決首都建設(shè)用骨料做出了貢獻(xiàn)，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

　　四、重要意義

　　1、  開發(fā)尾礦骨料不僅僅解決了建筑骨料的資源問(wèn)題，而且，對(duì)提高建筑骨料的質(zhì)量，保證用戶的權(quán)益都有積極的作用。因?yàn)?，尾礦骨料都是機(jī)械化生產(chǎn)，有固定的生產(chǎn)場(chǎng)地和比較完善的組織管理，要求人員素質(zhì)相對(duì)高一些，與大多數(shù)天然砂石的單純挖采和流動(dòng)性作業(yè)相比，骨料質(zhì)量的穩(wěn)定性要高得多。對(duì)提高整個(gè)砂石行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有積極的意義。

　　2、目前，多數(shù)礦山面臨著礦石品位逐年降低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的問(wèn)題。資源的二次利用、使多余設(shè)備和職工的安置得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q，對(duì)維護(hù)企業(yè)和社會(huì)的穩(wěn)定具有積極的作用。

　　3、開發(fā)尾礦骨料在環(huán)境保護(hù)上的意義就更為明顯，它不僅減少了開采天然砂石對(duì)環(huán)境的破壞，而且減少了尾礦本身對(duì)環(huán)境的破壞，變廢為寶，節(jié)約資源，完全符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。

　　五、存在的問(wèn)題

　　1、政策待明確。究竟能否長(zhǎng)期利用尾礦資源作為建筑骨料資源是一個(gè)新問(wèn)題，目前尚無(wú)明確的規(guī)定，各地做法不一。產(chǎn)生尾礦的企業(yè)并不全是生產(chǎn)尾礦骨料的主體，有借助社會(huì)力量處理的現(xiàn)象。但由于沒有明確規(guī)定，使得多數(shù)社會(huì)生產(chǎn)企業(yè)不敢大膽投入，特別是環(huán)保上的投入，存在短期急功近利行為，又造成新的污染。由此又制約了尾礦骨料的發(fā)展，更不利于對(duì)尾礦資源的合理利用及對(duì)環(huán)境的徹底保護(hù)。

　　2、產(chǎn)生尾礦企業(yè)對(duì)尾礦的利用不夠重視，與主業(yè)產(chǎn)品相比，尾礦生產(chǎn)骨料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值比主業(yè)產(chǎn)品要低很多，由于目前市場(chǎng)對(duì)尾礦骨料還缺少認(rèn)識(shí)，推廣應(yīng)用要一定過(guò)程，導(dǎo)致部分企業(yè)在尾礦處理上開展遲緩。

　　3、人工砂石是近些年才開始在建筑市場(chǎng)應(yīng)用，由于對(duì)人工砂石認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致對(duì)尾礦骨料的接受有一定困難。

　　4、尾礦的定義需要重新認(rèn)識(shí)。目前所指尾礦，完全是礦山的廢棄物。但隨著資源的變化，出現(xiàn)新的問(wèn)題。例如，在允許在干河道開采天然砂石的地區(qū)，留存了大量超建筑骨料規(guī)格的石塊，同樣破壞環(huán)境，占用土地，如果把這些資源也作為尾礦對(duì)待，則又是新的資源。

　　六、 結(jié)束語(yǔ)

　　開發(fā)尾礦骨料用于建筑工程是完全可行的，是實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的全面協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展的、落實(shí)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有效措施。但也是一個(gè)新事物，是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要政府的支持，國(guó)土、建設(shè)、環(huán)保、稅務(wù)等各管理部門協(xié)調(diào)與配合。需要采礦和建筑行業(yè)的交融，目前，還不能完全靠市場(chǎng)調(diào)節(jié)。有關(guān)設(shè)計(jì)、科研、檢測(cè)、生產(chǎn)和使用單位也要提高認(rèn)識(shí)，統(tǒng)一思想，為利用尾礦骨料創(chuàng)造條件。

　　參考文獻(xiàn)

任耀武，尾礦資源化，勢(shì)在必行，《建材地質(zhì)》，1996，88（6）：43-45

陳家瓏，人工砂-新型建設(shè)用砂，《新型建筑材料》，2002，6：32-34

陳家瓏、孫亞蕓，用特細(xì)砂尾礦生產(chǎn)混凝土空心砌塊，《中國(guó)礦業(yè)》，2003，1：

陳家瓏、宋少民，尾礦配制商品混凝土的應(yīng)用研究，《建筑技術(shù)》，2004，1：

陳家瓏，尾礦利用與建筑用砂，《金屬礦山》，2005，1：