1前言

中國金屬礦山儲存的尾礦超過50億t，而且每年以3億的數(shù)量增加。尾礦排入河道、溝谷、低地，污染水土大氣，破壞環(huán)境，乃至造成災害。尾礦的治理和利用是十分緊迫的事情。尾礦綜合回收有價組分可創(chuàng)造巨大財富，要加強環(huán)保治理，實行整體利用；通過示范工程，技術攻關，建立高附加值的產(chǎn)業(yè)，變害為寶，推進科技成果產(chǎn)業(yè)化。尾礦是礦山選礦后，在當時條件下不宜再分選回收利用的礦山固體廢料，常堆放于尾礦庫中。中國現(xiàn)在較大規(guī)模的尾礦庫400多座。

金屬礦山堆存尾礦達50億t以上。目前中國每年產(chǎn)生的尾礦將達到3億t以上，占全國固體廢料的1/3左右，而尾礦綜合利用率僅為8.2%左右，到21世紀，全國固體礦產(chǎn)采選業(yè)排出的尾礦將嚴重影響國土生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟建設，引起全國人民的關注。由于尾礦多已磨至0.07～0.15mm以下，儲存在尾礦庫中或就近排入河道、溝谷低地，溢流滲透，刮風揚塵，污染水土大氣，造成環(huán)境污染，尾礦治理和利用已是十分緊迫的事情。尾礦量大，是由于中國大多數(shù)礦山的礦石品味低，多呈多組分共（伴）生，同時由于歷史原因，選礦回收率低，尾礦中蘊藏著許多有用組分，隨著工業(yè)生產(chǎn)技術水平的提高和科學技術的進步，進一步開發(fā)利用尾礦成為新的礦產(chǎn)資源，因此，尾礦資源化，將是治理尾礦污染環(huán)境、變廢為寶的積極方向。

尾礦含有大量可以利用的非金屬礦物，個別礦山早就將尾礦作為建筑材料、玻璃原料進行利用，只可惜未能引起礦業(yè)界的普遍重視。隨著國家加強環(huán)境保護土地管理，尾礦占地成為必須解決的迫切問題，只回收有價尾礦仍然處理不了剩下的大量尾礦。為此，礦山科技工作者加強了對尾礦中的非金屬組分回收和全部尾礦整體利用的開發(fā)試驗研究。

20年來尾礦整體利用實踐經(jīng)驗，礦山廢石及選廠尾礦可作為鐵路、公路道渣、混凝土粗骨料。多種礦山尾礦可作為建筑用砂、免燒尾礦磚、砌塊、廣場磚、鋪路磚及新型墻體材料原料，有些礦山可制陶瓷墻地磚、瓦、輕質材料；許多礦山尾礦已成為良好的水泥材料，有望形成尾礦水泥系列；高硅尾礦可作玻璃；不少尾礦可制微晶玻璃：有望成為新材料原料，日益得到社會承認，成為社會新生產(chǎn)力的組成部分。

2礦業(yè)廢渣綜合利用現(xiàn)狀

2.1煤矸石的綜合利用

煤矸石是采煤過程中產(chǎn)生的廢渣，包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采煤過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石。它是成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比較堅硬的黑色巖石，是由碳質頁巖、碳質砂巖、頁巖、粘土等組成的混合物。我國各地煤矸石化學成分相差很大。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，國外的主要煤炭生產(chǎn)國和我國都已有了數(shù)以億噸計的煤矸石，并且仍在繼續(xù)增加。煤矸石的堆積不但占用了大量土地，而且其中硫化物的散發(fā)會污染大氣和水源，其中的黃鐵礦易被空氣氧化放出熱量，甚至引起自燃，煙霧也污染環(huán)境。當然，煤矸石也是一種可用的資源。含碳量較高的煤矸石可直接供沸騰爐作燃料；含碳量低的可用于磚瓦、水泥等建材的生產(chǎn)，含碳量極低的可填坑造地或用作路基材料。利用煤矸石還能制造一些化工產(chǎn)品。

2.2廢石及尾礦用作采礦充填料

采礦廢石用作充填料充填地下采空區(qū)，既可節(jié)省專門去開采填充料的費用，又可減少地表廢石堆的面積，還可以減少或消除廢石對環(huán)境造成的危害。國內(nèi)很多礦山都采取了這一措施，收到了明顯的經(jīng)濟和社會效益。我國鈾礦山的廢石已大都用充填料回填了采空區(qū)。

2.3用尾礦粗砂作混凝土骨料

它是將尾礦的直接利用，未經(jīng)過再選規(guī)類為非金屬用于制備建筑材料。這是本文討論的重點。

2.4從廢石或尾礦中回收有用金屬

廢石及尾礦中常常含有多種有用元素，回收和提取這些元素，不但能在經(jīng)濟上帶來收益，而且可以減輕廢石和尾礦對環(huán)境的污染。

3礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊工藝

3.1混凝土的制備工藝

主要指的是混凝土拌和物的攪拌。混凝土拌和物的攪拌，除了能混合作用外，還能起到一定的塑化和強化作用。生產(chǎn)混凝土砌塊的混凝土，一般采用干硬性的普通混凝土或輕質混凝土，干硬性混凝土由于水泥用量和加水量都比較少，集料難于自由拌和，故宜采用強制性攪拌機進行攪拌。

混凝土的攪拌時間，對拌和物的勻質性有明顯影響。攪拌時間過短，則拌和不勻，會降低混凝土的強度和易性；攪拌時間過長，不僅會影響攪拌機的效率，而且會使混凝土的和易性又重新降低或產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象?；炷翍獢嚢柚粮鞣N組成材料混合均勻，顏色一致，對于高強度混凝土、干硬性混凝土尤應注意。在拌和物的攪拌過程中，自全部材料裝入攪拌筒起，至混凝土由筒中開始卸料時為止，延續(xù)的時間最短。

3.2混凝土砌塊的成型工藝

成型是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中的關鍵工序。由于混凝土砌塊是半干硬性或干硬性混凝土（流動性差），采用振動加壓密實成型是比較理想的工藝方法。其優(yōu)點是：小砌塊成型質量好、成型效率高、水泥消耗少、成本低、可以立即脫模養(yǎng)護，使砌塊生產(chǎn)方式具有較大的靈活性。主要缺點是：成型時振動噪音大。

制作試件的試模由鑄鐵或鋼制成，具有足夠的剛度并拆裝方便。試模的表面應通過機械加工，其不平度應為每100mm不超過0.05mm。組裝后各相鄰面的不垂直度不超過±0.5°。制作試件前，將試模擦干凈并在其內(nèi)壁涂上一層礦物油脂或其他脫模劑。采用振動臺振動成型時，將混凝土拌和物高出試模上口。振動沿試模在振動臺上自由跳動。振動持續(xù)到混凝土表面出漿為止，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。

3.3混凝土砌塊的養(yǎng)護工藝

養(yǎng)護是混凝土砌塊生產(chǎn)的基本工序之一，它對混凝土砌塊的質量影響很大。養(yǎng)護的目的是為了保證混凝土凝結硬化得以正常進行，使砌塊能獲得所需要的物理力學性能和耐久性。養(yǎng)護是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中時間最長的工序，通常占整個生產(chǎn)周期的80%～90%，混凝土砌塊養(yǎng)護工藝有三要素，即養(yǎng)護濕度、溫度和養(yǎng)護延續(xù)時間。標準養(yǎng)護的試件成形后應覆蓋表面，以防止水分蒸發(fā)，并在溫度為（20±5）℃情況下靜置一晝夜到兩晝夜，然后編號拆模。拆模后的試件立即放在溫度為（20±3）℃，濕度為90%以上的標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護。在標準養(yǎng)護室內(nèi)試件應放在架上，彼此間隔為10～20mm，并避免用水直接沖淋試件。混凝土試件在標準養(yǎng)護28d后進行試驗。

4礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊力學性能測試

4.1礦業(yè)廢渣混凝土配合比設計

本試驗采用的馬鞍山鐵礦選礦后的尾礦，骨料都是用的尾礦，對尾礦進行成分分析所得結果為：主要SiO2和Fe2O3，其中SiO2含量60%，F(xiàn)e2O3含量20%，還含有Al2O3、MgO、CaO等。因此尾礦的主要含的有硅、鐵、鈣、鎂、鋁等，其中不含硫及其它有害成分。通過計算、試配和配和比的確定，本試驗所采用的配合比見表1。其中水灰比：W/C=0.7，混凝土的試配強度為20MPa，細骨料是粒徑大于5mm的尾礦。

4.2尾礦砂篩分析實驗

尾礦砂篩分析試驗所需篩的規(guī)格可根據(jù)需要選用相應篩孔尺寸的圓孔或方孔篩。本試驗細骨料所選用的最大孔徑為5mm，粗骨料所選的最大孔徑為16.5mm。

本試驗取試樣500g，按0.630mm篩孔的累計篩余量為65%，屬Ⅱ區(qū)。石子顆粒配為公稱粒級5～20mm的連續(xù)粒級。

砂的視密度為3438.4kg/m3；石子的視密度為2815kg/m3；砂的堆積密度為1480kg/m3；砂的吸水率為7.7%；石子的吸水性能率為2.8%。

4.3礦業(yè)廢渣混凝土試塊的力學試驗

制作試塊的尺寸為150mm×150mm×150mm的標準試塊，經(jīng)過在實驗室常溫養(yǎng)護28d以后，在力學試驗機上進行力學性能測試。

試驗結果表明，其抗壓強度比一般混凝土稍高，而且后期強度遠高于一般混凝土。

5混凝土砌塊工程應用前景展望

（1）節(jié)地。混凝土砌塊建筑能耗低，符合國家技術產(chǎn)品發(fā)展政策。

（2）自重輕。減少了上部結構的荷載，有利于建筑抗震。小砌塊的標準尺寸為390mm×190mm×190mm，空心率為47%，重約18kg，相當于9.6塊標準磚，墻體自重減少30%左右；

（3）施工速度快。1m2的140m厚磚墻用標準磚192塊；490mm厚的磚墻需用標準塊256塊，大幅地降低了砌筑工人的勞動強度，可提高砌筑速度40%～90%。

（4）節(jié)約砂漿。與粘土實心磚相比可節(jié)約砂漿60%左右；

（5）國外混凝土砌塊應用和發(fā)展的經(jīng)驗和國內(nèi)大量混凝土砌塊配筋砌體的實踐證明；配筋和注芯不僅提高砌體的強度，還可以大大改善砌體變形的能力，把脆性材料變成了有較好延性的彈塑性材料，并且有較好的抗震性能；

（6）鋼材用量適中。與同等規(guī)模的磚混結構相比，鋼筋用量增加30%左右，每m2建筑面積的含鋼率為20～25kg；

（7）節(jié)約投資。與功能相同其他形式的建筑相比，每m2建筑造價減少1%～8%，同時還可免除墻改費、投資方向調(diào)節(jié)稅等，綜合經(jīng)濟效益顯著。國內(nèi)試點工程及國外資料綜合分析表明：高層混凝土砌塊配筋砌體結構與同等規(guī)范的鋼筋混凝土結構相比，工程造價降低10%～25%，三材（鋼材、水泥和木材）用量減少30%～50%，施工周期縮短1/3以上。

綜上所述，砌塊建筑有諸多的優(yōu)越性。發(fā)展砌塊建筑要加大宣傳力度，政府企業(yè)并舉。國家從保護環(huán)境、節(jié)約能源的長遠目標出發(fā)制定了相關的政策法規(guī)，各級建委、規(guī)委、墻改辦的正確領導和支持，為砌塊建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間。各個建設單位尤其是房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)還要改變觀念，做推廣砌塊建筑的主力軍。目前，北京市板式小高層建筑仍主要采用全現(xiàn)澆剪力墻結構，砌塊建筑仍處于試驗階段。砌塊實際使用量不足現(xiàn)有產(chǎn)量的1/3，這表明，傳統(tǒng)的觀念還沒有改變，宣傳的力度不夠，普通百姓對砌塊還不夠了解，砌塊建筑給社會帶來的綜合效益還未被認可。