铁尾矿砂的再生利用技术研究报告.docx

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铁尾矿砂的再生利用技术研究报告

铁尾矿砂的再生利用技术研究

摘要

铁尾矿在现代建筑中应用较广，尤其针对我国此类大国而言，库存量较大，而且存在整体上升的趋势。

当其数量不断的变大，其自身问题也不断暴露出来。

以我国为例，目前而言尾矿的利用效率较低，一旦进入到大规模生产模式，其很多问题便会完全暴露出来，产生对于环境的危害等。

很大一部分问题集中在其自身堆放面积较大，将会占据土地资源，甚至会引发一些连锁反应。

为了真正的帮助我国实现绿色施工以及可持续发展的目标，铁尾矿砂的利用也应该发生自我转变，就当前的形式而言，其主要便应该进入到重复利用模式中，通过比较合理的综合利用，保证其可以实现最大化的利用途径。

此次课题研究便是为了针对此项容，主要针对的便是土木工程建造领域的应用方法，并且分析其是否可以通过改善生态环境缓解社会压力。

在此次课题研究中，通过大量的文献容分析，并且采取了调研模式，针对国外的利用现状进行了分析总结，找到了其中存在的突出问题，并且针对此类问题形成了探讨，针对探讨提出了建议。

在此次论文研究中，主要的容便是为了提高我国的铁尾砂矿在土木建造中的再生利用效率，真正的帮助我国当代土木工程建立良好的发展途径。

关键词：

铁尾矿砂；土木工程；再生利用

abstract

Irontailingsinthemodernconstructionofawiderange,especiallyforsuchahitinChina,alargeinventory,andthereisanoverallupwardtrend.Whenthenumberofitsgrowing,itsownproblemshavebeenexposed.Inourcountry,forexample,atpresent,thetailingsutilizationefficiencyislow,onceenteredintothelarge-scaleproductionmode,manyproblemswillbepletelyexposed,resultinginharmtotheenvironmentandsoon.Alargepartoftheproblemfocusedontheirownstackingareaislarger,willoccupylandresources,andevenleadtoanumberofchainreactions.

InordertoreallyhelptherealizationofChina'sgreenconstructionandsustainabledevelopment,utilizationofironoretailingsshouldalsoselfchange,intermsofthecurrentform,theyshouldenterintothemainrecyclingmode,throughtheprehensiveutilizationofreasonable,ensureitstoachievemaximumutilization.Thetopicofthisresearchistoaddressthiscontent,mainlyforthecivilengineeringconstructionfieldofapplicationmethods,andtoanalyzewhetheritcanimprovetheecologicalenvironmenttoeasesocialpressure.Inthispaper,throughtheanalysisofalargenumberofliterature,andadoptedaresearchmodel,basedonthestatusofusingathomeandabroadwereanalyzedandsummarized,findtheprominentproblems,andtosolvethisproblemformthediscussion,putforwardsuggestionsfordiscussion.Inthispaper,themaincontentistoimproveChina'sirontailplaceruseefficiencyincivilregenerationconstruction,reallyhelpourcontemporarycivilengineeringtoestablishagoodwayofdevelopment.

Keywords:

ironore;civilengineering;recycling

1.绪论

1.1研究背景及研究意义

建筑材料生产过程中消耗了数量巨大的能源。

据世界观察研究所估计，每年全球建筑材料的生产约需数以十亿吨计的原材料，仅建筑材料生产过程中产生的能耗大约占全球总能耗的46.7%。

据欧洲建筑师协会估计，全球建筑相关产业造成50%的空气污染、42%的温室气体、50%的水污染、48%的固体废弃物和50%的氟氯化合物。

所以，合理审慎使用建筑材料，寻求能够大幅度提高其生产中能源利用效率的方法，很大程度上缓解能源约束，减轻生态环境压力，为经济社会可持续发展提供保障已经成为当前社会对建设行业最为迫切的要求。

矿产资源是重要的自然资源，具有非可再生性。

它是人类社会生产发展不可或缺的物质基础，通常分为三大类：

金属矿、非金属矿和能源矿。

作为金属矿的铁尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将铁矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物，其中含有一定数量的有用金属和矿物，具有粒度细、数量大、成本低、可利用性差的特点，一般采用填埋处理，不仅占用大量土地，而且它的随意排放是造成环境污染的重要原因，也是资源损失常见的途径。

同时，随着矿石资源的大量开采利用，矿石资源面临日益短缺、甚至枯竭的局面，因此铁尾矿作为二次资源再利用已被世界人民的关注和重视。

据不完全统计显示，我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，因受选矿技术水平以及生产设备的制约，矿业生产的尾矿已达到100亿吨以上，并呈逐年增加的趋势，年排出尾矿量高达5亿吨以上，其中黑色冶金矿山年排放尾矿量达1.5亿吨，堆存的尾矿量近50亿吨，其中铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。

而我国目前尾矿的综合利用率仅为7%。

随着开采矿数目和产量的猛增，铁尾矿的排出量也在急剧增加。

由于铁尾矿具有颗粒细、表面积大、质量轻、能随水流、随风飘的特点，所以铁尾矿如若不及时处理会带来以下主要危害：

1）大量尾矿长期堆放，形成潜在的地质灾害源，威胁人们财产和生命安全；

2）受经济条件、技术水平、市场需求和设备性能等因素的限制，造成矿产资源的浪费；

3）易形成沙尘暴，对所在地区的生态环境影响严重；4）耕地被占用，人多地少的矛盾越来越突出；

4）耕地被占用，人多地少的矛盾越来越突出；

5）尾矿随意排放到江海湖或草原沙漠，导致环境污染；

6）影响自然景观和旅游资源，在很大程度上抑制地方经济发展。

因此，铁尾矿砂的再生利用问题已受到社会的普遍关注。

正视铁尾矿资源的现实存在，积极拓展资源综合利用途径，对提高经济发展效益，改善生态环境，维系社会健康发展有着十分重要的意义。

铁尾矿在建筑工程领域再生利用中，缺乏相应的技术引导，有必要形成崭新的铁尾矿再生利用技术的研究路线，以促进铁尾矿在建筑工程领域中的再生利用。

本课题预期达到如下目的：

1）通过调查研究，分析我国铁尾矿在建筑工程领域再生利用中的现状及存在的问题，并利用相关的基本理论找出相应的解决办法；

2）分析尾矿代砂后建筑材料组成、结构与性能之间的关系，研究尾矿代砂产品的物理和力学性能，提出尾矿代砂的技术途径，为大量采用尾矿砂的建筑砂浆产品提供技术支持和保证。

3）分别对铁尾矿在建筑工程领域中再生利用的技术可行性、经济属性及环保属性进行研究，并对其进行利用效果和适用性的评价；

4）建立铁尾矿建筑工程领域再生利用的评价指标体系，对技术本身三大属性、技术应用现状等方面作出定量评价；

5）初步提出铁尾矿建筑工程领域再生利用相关政策建议，推动建筑工程领域

的可持续发展。

本课题立足于尾矿资源的循环利用，并考虑其成分组成的特殊性，将寻求在

以下几个方面予以突破：

1）通过详细考察和调研，基本掌握国主要金属矿区尾矿排放情况、尾矿品种及利用现状和存在的问题。

在从多角度多元化利用尾矿的基础上，寻找具备环境友好型的代砂尾矿资源；

2）通过优化组合技术，探索尾矿在建筑砂浆的应用方法，提出尾矿代砂制备各类建筑砂浆的技术路线；

3）深入分析铁尾矿砂在土木工程建造领域中再生利用的经济性与环保性，并为该技术的推广实施提供切实可行的政策建议。

1.2国外研究现状

1.2.1国研究现状

我国的铁尾矿综合利用研究起步较晚，对铁尾矿砂作为混凝土骨料的研究近几年发展迅速。

研究容主要有：

2009年，蔡基伟、封孝信、丽等做了铁尾矿砂混凝土的泌水性试验。

试验结果表明：

铁尾矿砂混凝土保水性和流动性比天然砂混凝土差，泌水率高于同样配合比的天然砂混凝土。

2009年，少波做了铁尾矿砂混凝土流变性能研究。

研究发现：

天然砂混凝土的塑性粘度系数均大于铁尾矿砂混凝土，屈服应力均小于铁尾矿砂混凝土。

2009年,玉良、芸平、阎嘉旺做了尾矿砂石混凝土耐久性的试验研究，试验结果表明：

尾矿砂石混凝土的抗冻性与天然砂石混凝土的基本接近；低强度等级时，尾矿砂石混凝土的抗渗性低于天然砂石混凝土；尾矿砂石混凝土的抗碳化性能高于天然砂石混凝土的抗碳化性能。

2009年，芸平、玉良、于涛等通过对尾矿砂石混凝土施工性能的系统试验研究。

研究分析表明，在相同试验条件下，尾矿砂石混凝土的坍落度小于天然砂混凝土；相同配合比时，铁尾矿砂混凝土的黏聚性和保水性略差于天然砂石混凝土。

2009年，何兆芳、邓初首通过试验研究以一定比例的尾矿砂代替天然砂制作混凝土，并将其工作性能、力学性能与天然砂混凝土进行比较。

试验结果表明：

铁尾矿砂混凝土的工作性能良好；具有着良好的黏结性，力学性能优于天然砂混凝土，其抗冻性能、抗渗性能优于天然砂混凝土，干缩性能和天然砂混凝土相当。

2009年，蔡基伟、少波、侯桂香等研究了铁尾矿砂对混凝土工作性和强度的影响，研究表明：

用尾矿砂配制的混凝土流动性比普通混凝土差，也易于离析、泌水；在使用活性掺合料并对配合比进行优化条件下，水胶比较大时，尾矿砂石混凝土的强度略高于普通混凝土，水胶比较小时，其强度略低于普通混凝土。

2010年，邓初首、夏勇研究了不同尾矿砂取代率下混凝土和易性、强度及坍落度经时损失等性能。

试验结果表明：

相同配比下的尾矿砂混凝土流动性略低于基准混凝土，且随着取代率的增加，坍落度呈逐渐减少的趋势，但是掺入粉煤灰、矿渣微粉等磨细掺合料，可以有效抵消尾矿砂取代天然砂时对砼和易性带来的不利影响；尾矿砂取代率在20％～100％时，C30与C40混凝土7d和28d强度与基准混凝土相当，有的还略高于基准混凝土。

2010年，廖华平做了铁尾矿砂自密实混凝土施工性能及基本力学性能试验研究。

研究发现：

随着砂率的增加，铁尾矿砂自密实混凝土工作性能良好，但当砂率超过45％时，工作性能下降，其流动度，填充性以及间隙通过性均降低；铁尾矿

砂取代普通砂、石英砂作为细骨料，其基本力学性能较好，有一定的早强性能，28d强度达到或接近60MPa，具有高强混凝土性能。

2010年，柴红俊、宋裕增、王星原按照相同混凝土的配合比进行铁尾矿砂混凝土与普通混凝土各个性能的对比试验。

试验结果表明：

铁尾矿砂拌制的混凝土，其黏聚性、保水性、流动性及压力泌水等指标，都不如天然砂；铁尾矿砂随着细度模数的增大，混凝土的黏聚性、保水性越来越差，而流动性越来越好；从强度来看，天然砂和铁尾矿砂差别不大，但随着铁尾矿砂细度模数的提高，强度相比于天然砂有略高的趋势。

通过以上容可以看出，我国学者针对铁尾砂矿的力学性能提升有着比较全面的认识，在其整体基础上，伴随着各种资源逐渐吃紧，对环境的影响也越来越大的前提下，针对其再生利用也展开了分析，包括可持续发展、循环经济等理念不断提出，最值得指出的便是，在2010年世博会期间，为了响应绿色工程的号召，已经开发了绿色铁尾砂矿的生产线。

我国最为重视的便是可持续发展，应对我国容易出现的温室效应等，更是通过其作出了重点排查，我国2006的二氧化碳排放量已经达到62亿吨，已经超过美国（58亿吨）居全球第一。

2009年11月，国务院常务会议部署应对气候变化工作并决定，到2020年，我国单位国生产总值CO2排放比2005年下降40%-45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国统计、监测、考核办法。

2009年12月，丹麦首都哥本哈根举行的《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议，会议的目的是商讨《京都议定书》一期承诺到期后的后续方案，

就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。

虽然会议并未达到预期目的，但

对于应对气候问题起到了推进作用。

中国是一个发展大国，又是一个建筑大国，我国每年新建房屋建筑面积近20亿平方米，占全球的一半，仅或一个城市的新开工建筑面积，就相当于整个欧盟的总量。

当前发达国家建筑能耗已大大降低，但是我国的单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍以上，与发达国家存在很大的差距。

目前我国面临的节能问题主要有建筑能耗高、建筑使用寿命远小于实际寿命、北方建筑采暖能耗高、建筑用能污染严重等。

为了改善并解决这些问题，我国政府竭尽全力，制定与时俱进的建筑标准，并在建筑节能技术进行不断创新，至此，中国正以最快的速度向世界生态城市最多的国家迈进。

建筑节能的途径主要包括：

第一，尽量减少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率；第二，减少建筑围护结构的能量损失；第三，降低建筑设施运行的能耗。

随着社会的发展，出现了很多建筑节能材料，如保温材料（聚苯乙烯泡沫塑料、加气混凝土、聚苯板等）、节能玻璃（中空、镀金、低辐射等）、保温涂料（硅酸盐、硅酸镁等）、岩棉产品，各种复合材料等。

我国开展建筑节能工作已经有20多年，制定了很多有针对性的利于节能发展的标准，如《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区节能设计标准》、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》、《采暖居住建筑节能检验标准》和《夏热冬暖地区节能设计标准》等，不仅如此，2006年国务院提出的“十一五”规划纲要明确把节约能源作为一项基本国策。

目前，这些节能设计、检验标准已受到国家和行业的充分重视，我国的建筑节能工作正在不断深入、完善。

很多夏冷冬热的地区采用配套建筑，也实现了能源的节约。

在铁尾矿应用于相关混凝土制备的研究中，周、伍敏研究了铁尾矿砂自密实混凝土的力学性能及耐久性能，蔡基伟、少波、宋裕增、淑婷、紫红俊等针对铁尾矿砂对混凝土的工作性能及强度影响进行了研究，德忠、倪文等对大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备进行了研究，永超、倪文等研究了利用细料铁尾矿砂制备细骨料混凝土，佳研究了利用铁尾矿制备高强混凝土，伊晋宏研究了利用铁尾矿制备泡沫混凝土，并对其性能进行了研究。

在铁尾矿应用于其它建筑材料的研究中，云良研究了铁尾矿用于蒸压砖的相关问题，余以雄、朱传运、盛建等探索了铁尾矿应用于微晶玻璃的相关问题，鹿晓斌研究了铁尾矿在制备烧结泡沫材料方面的问题，青、时正武、吉书研究了铁尾矿在道路工程中的应用，王应灿、那琼对铁尾矿制备轻质隔热保温建筑材料进行了研究，继芳、向阳对铁尾矿在干法水泥生产中的应用进行了研究，徐振伟、章银祥对铁尾矿砂在外墙保温砂浆中的应用进行了研究。

继涛、甲斌、贾文龙等对铁尾矿开发利用的经济性评价进行了研究。

1.2.2国外研究现状

在分析外国针对重复利用的价值时，需要了解在外国的学术理论研究中，循环经济占据了一定比例。

循环经济的提出大概分为四个阶段，第一阶段是萌芽阶段，在20世纪60年代，环境污染、资源短缺和人类不得不重新认识自然界的情况促使了循环经济思想的萌芽。

美国经济学家K·波尔丁在关于循环经济的“宇宙飞船理论”中对经济发展提出一种新的要求，即人与自然界应该双向互动关系，采取新的生态生产方式，把对环境的危害程度最小化，追求生态效益和社会效益观念，形成生态与经济有机结合的生态经济。

第二阶段是20世纪60年代末开始的关于资源和环境的国际经济研究阶段，此研究启发于K·波尔丁指出的在人、自然资源和科学技术的大系统，在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全过程中，把传统的依赖资源消耗的线性增长的经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。

第三阶段是20世纪80年代的可持续发展研究阶段，研究提出把循环经济与生态系统联系起来，探讨通过管理来实现资源的高效利用、再生和循环问题。

第四阶段是到了20世纪90年代之后，发展循环经济成为国际社会的两大趋势，发达国家以发展循环经济作为实施可持续发展战略的重要途径和实现方式。

而针对土木工程而言，建筑的节能也是重点的分析容，21世纪，国外建筑节能的发展趋势可以概括为两点：

一是继续提高能源的利用效率，进一步降低能耗；二是改善环境与能源开发相结合，大力研究和开发、利用再生能源。

据统计，发达国家的建筑能耗占国家总能耗30~40%，如日本约为30%，美国约为35%。

近30年来，国外发达国家为节省能源，在建筑节能法规的实施、建筑的设计和施工、新型建筑节能材料的开发和应用、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多工作，取得了可观的经济效益，同时也改善了环境。

1）制度方面。

法国的建筑节能法规出台最早，1974年，法国出台了第一个新建住宅建筑节能法规。

30多年来，法国对建筑节能法规不断更新完善，实行了

节能标准后节能率达到61.2%。

英国历来十分重视建筑节能的设计，专门制定了

强制性的建筑节能标准，并且每隔四到五年修订一次，按新标准设计的住宅不仅

部的舒适度有明显地提高，而且比传统住宅节能75%。

美国的建筑有其独特性，

针对其能源消耗的特点，美国对新建节能建筑实施减税政策，鼓励全民参与节能

行动。

1979年，日本政府制定了《节约能源法》，奠定了日本开展节能工作的基础。

后来又提出了“建筑节能与环境共存设计”的概念，在建筑设计时考虑环境因素，并取得了显著的成效。

在同样生活水平下，以每户为计算单位的生活能耗量，日本仅为英、法、瑞典的50%左右，为美国的30%左右。

2）技术方面。

英国在建筑节能中采用的技术措施主要有三个方面：

一是采用构造措施，提高墙体、屋面及门窗的保温性能；二是利用太阳能；三是改进供热系统。

德国节能的主要研究方向有建筑材料的制造能耗、建筑物围护结构各部位热工指标的制订和CO2浓度排放量的指标，取得了良好的成效。

美国推动建筑节

能从两方面入手，一是建筑物本身的热工性能，即通过提高建筑围护结构的保温隔热性能、门窗的密闭性能和充分利用通风、太阳能、自然采光等措施来降低采

暖和空调的能耗；二是提高建筑物的能耗系统及设备的能源效率，包括采暖、

空调系统、照明灯具、热水器、家用电器及办公设备等。

1.3研究思路及研究框架

通过前期调研与收集整理文献资料，深入研究铁尾矿在建筑行业中再生利用现状及存在的问题，分析确定再生利用的技术可行性、经济可行性和环境可行性，构建适用于铁尾矿在建筑领域再生利用效果和适用性的评价指标体系，引用和建立相应的数学模型，对评价目标进行整体量化。

试用研究成果，寻找评价体系中存在的问题，修正后进行再次评价分析，直至满足使用需求为止。

最后根据研究成果完成相应政策的制定。

在对我国主要金属尾矿排放情况进行调查研究的基础上，掌握铁尾矿的主要物理化学组成及基本特性。

在实验室研究的基础上，对铁尾矿在建筑领域再生利用技术的技术可行性、环境可行性及经济可行性进行研究。

通过建立评价指标体系，进行再生利用技术的适用性评价研究，为制定相关政策提供依据。

本文在逻辑上主要分为四个部分：

第一部分是问题的提出，包括研究背景、研究问题及其目的和意义、国外研究现状、研究思路和方法以及主要技术路线。

第二部分是问题的分析及解决，调查研究铁尾矿开发利用现状，找出存在的问题，应用相关的基本理论分析并建立模型，通过对铁尾矿基本状态分析、铁尾矿砂浆试验研究，运用低碳技术和碳排量估算方法分析铁尾矿建筑再生利用的技术可行性、经济可行性及环保可行性。

第三部分是建立评价指标体系，结合评价体系研究与应用现状、评价体系构建原则建立评价指标体系，再利用物元可拓模型和CCM法对铁尾矿在建筑领域再生利用的效果和适用性进行评价。

第四部分是政策建议，通过分析铁尾矿砂土木工程建造领域再生利用在政府及市场化监管模式下参与各方之间的利益权衡，对其提出在建筑领域再生利用推广工作的政策建议。

2.铁尾矿砂概述

2.1铁尾矿砂

在特殊的技术条件下，选矿厂可以根据制砂设备以及制砂机，从而充分合理的运用尾矿。

而在矿石进行磨细的过程中，选取有用材料之后会排放一些的固体废弃物，此也是在矿业开发过程中，尤其是在金属矿开发阶段，影响环境的最主要因素。

如果随意放置尾矿，除了会占用大量的土地资源，并且还会危及到周围生态环境，此外还需要投入大量的维护和处理成本。

在综合回收和利用尾矿资源之后，一方面能够实现矿产资源的最大化利用，使矿产资源利用围实现扩展，使矿山服务时间得到延伸，同时也有效的治理和保护了生态环境；另一方面还可以实现土地资源和资金成本的有效节约，有利于解决社会就业问题，对于人类社会的发展具有重要意义，同时还可以有机结合了社会效益、资源效益、生态效益以及经济效益。

随着多年的分析和研发，尾矿可以在多个领域中进行运用，比如说建筑材料或者生产机制砂等等。

可以根据单金属类铁尾矿存在的主要元素，对单金属类铁尾矿进行分类，同时还可以便于其利用途径的选择。

通常情况下，可以将单金属类铁尾矿分为下面四种类型：

第一、c:

\iknow\docshare\data\cur_work\baike.baidu\view\2790.htm高硅型铁尾矿。

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\baike.baidu\view\2790.htm高硅型铁尾矿是所有铁尾矿类型中数量最多的种类，含有较高含量的硅元素，SiO2含量可以高达75%，并且不存在伴生元素，颗粒粒度平均在0.04～0.2mm围。

在我国，很多选矿厂均属于此类矿厂，比如说唐钢石人沟、鞍钢东、本钢南芬、首钢大石河、齐大山、太钢峨口、歪头山等等。

第二、马钢高铝型铁尾矿，马钢高铝型铁尾矿年排出量较低，一般在我国长江中下游的宁芜一带分布，比如说有黄梅山铁矿、马钢姑山等等选矿厂。

马钢高铝型铁尾矿具有较高含量的Al2O3，绝大多数的尾矿不存在其他组分或者元素，少量尾矿存有P和S元素，颗粒粒度平均在0.047mm左右。

第三、邯邢高钙镁型铁尾矿，邯邢高钙镁型铁尾矿主要分布在我国的邯邢地区，比如说王家子、玉泉岭、玉石洼、符山等等选矿厂，此类铁尾矿存在着微量的Cu、As、Zn、Ag、Zn元素，并且还有少量的S和Co元素。

对于0.047mm的粒级，含量在50%～70%围。

第四、低钙、镁、铝、硅酒钢型铁尾矿，在此类铁尾矿中，含量大量的