铁尾矿的再利用

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随着钢铁产业的迅猛发展，尾矿已成为我国产出量最大、综合利用率最低的固体废弃物之一。大量尾矿占用土地、浪费资源、污染环境，且构成严重的安全隐患。因此，铁尾矿的再利用是一个重要的环保节能课题。

目前，我国尾矿的再利用包括提取有价元素、制作建筑材料和作为充填材料等。北京科技大学近几年积极开发以铁尾矿为原料生产高强混凝土，他们利用首钢密云铁尾矿制备出了铁尾矿掺量达70%，抗压强度为100 MPa的高强混凝土。但需要对铁尾矿进行超细粉磨和高温养护。由于粉煤灰比磨细铁尾矿具有更好的火山灰活性，因此他们在前述研究成果的基础上，最近用粉煤灰取代磨细铁尾矿，用以解决粉磨能耗过高和养护条件比较苛刻等问题，并且能在常温养护条件下低成本制备出28 d抗压强度达到100 MPa以上的高强混凝土。他们以铁尾矿作为骨料、以粉煤灰为矿物掺合料制备高强混凝土。其中，铁尾矿掺量60%、粉煤灰掺量16%、矿渣10.4%、熟料I0.4%和脱硫石膏3.2%，外加占胶凝材料1.2%的UNF-5高效减水剂及0.21水胶比。试样养护28 d抗折强度达到20.6 MPa，抗压强度达到100.1 MPa，固体废弃物掺量高达86.4%。粉煤灰的加入填充了混凝土中的毛细空隙，使混凝土更加密实，从而提高了混凝土的后期强度。
    他们的研究表明，铁尾矿掺入量、减水剂用量和水胶比对铁尾矿高强混凝土强度的影响很大。合适的铁尾矿掺入量能提高混凝土的后期强度；较优的高效减水剂用量可以保证浆体的流动性，提升混凝土的工作性能，促进浆体的水化硬化；适当的水胶比不会使混凝土凝结硬化后的多余水分残留在试块中而形成毛细孔，从而提高混凝土的密实度、抗荷载能力和力学性能。
对比试验表明，铁尾矿掺量为50~60%的试样早期和后期强度相差不大，但掺量达到70%以后强度大幅度下降，因此，根据试验选定最优的铁尾矿掺量为总质量的60%。另一方面，合适的高效减水剂用量能更好地分散水化浆体、破坏水化浆中的凝聚结构，使吸附水减少而游离水增多，提高水化浆体的流动性。当高效减水剂用量为胶凝材料用量的1.2%时，力学性能最优。另外，当水胶比为0.21时，制备出的铁尾矿高强混凝土的强度最高。
本体系属于无粗骨料的混凝土结构材料，与普通硅酸盐水泥相比，该体系中水泥熟料所占比例大幅度降低，而粉煤灰、矿渣和脱硫石膏的比例大幅度提高。一方面，这种胶凝材料体系可大幅度节省水泥熟料，从而减排CO2，并能利用大量的固体废弃物；另一方面，选用的一级粉煤灰不但具有较高的活性，还含有大量微米和亚微米玻璃微珠，有利于在降低用水量的同时使混凝土拌合料保持足够的流动度。矿渣细度远超普通混凝土所用的矿渣细度，使该体系中的矿渣具有接近水泥熟料的活性。