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灰岩砂石矿山尾矿综合利用途径

发布日期:2020-11-03   浏览次数:

灰岩砂石矿山尾矿综合利用途径

 

灰岩是一种沉积岩,主要成分是碳酸钙和碳酸镁等,砂石加工产生的尾矿以石屑、石粉为主。石屑一般可替代细骨料与碎石混合作建筑物基础填料,也可经磨细与石粉同时资源化处理;灰岩石粉可根据其物理、化学性能加以利用,如作为混凝土、水泥及PC构件掺合料,也可作电厂脱硫和冶金高钙溶剂。除建筑行业,灰岩砂石矿山尾矿在化工、冶金甚至农业、医药行业均有一定应用。

1、石屑综合利用

砂石骨料加工及生产过程中产生的石屑,经过进一步整形筛分后,大部分可作为混凝土细骨料利用,但仍有少量的石屑因其石粉含量和针片状粒形颗粒较多,而不能作为混凝土细骨料利用,由此成为尾矿。

在部分建筑工程中,常利用这部分石屑替代天然砂和碎石混合后作为工程基础。在目前大量江河天然砂禁采的情况下,可谓是一种高效经济的地基处理方法。不仅强度高、压缩性低、消散上部附加应力能力强,而且造价低、施工简单、节约资源,已取得了显著的经济效益和社会效益。

除此之外,还可考虑石屑与石粉同时资源化处理,如磨细后作为混凝土掺合料、混凝土预制件等,最大程度地使石屑得以利用。

2、石粉综合利用

石粉是指建砂石骨料加工过程中产生的粒径小于0.075mm(水工混凝土中定义粒径小于0.16mm)的粉状颗粒物。综合利用石粉因其母岩的岩性及性能不同而不同。

(1)混凝土掺合料

石灰石粉在混凝土行业的应用研究已有较长时间,作为尾矿的主要成分,如何利用石灰石粉作为混凝土掺合料,已成为当今国内混凝土行业热点和发展趋势。

石灰石粉属于惰性掺合料,作为混凝土掺合料,石灰石粉有着显著的优势和可行性:

一是石灰石粉的掺加可加速水泥水化;

二是石灰石粉的颗粒具有形态效应和填充效应,不仅能增大拌合物的流动性,改善胶凝材料体系的颗粒级配情况,而且能改善混凝土的孔隙结构;

三是石灰石粉具有活性效应。

近年来,我国相继出台了国家和地方标准,如《石灰石粉在混凝土中应用技术规范》(JGJT318—2014)、《重庆市石灰石粉在水泥混凝土中应用技术规程》(DBJ50/T-179-2014)等,对石灰石粉资源化利用给予了肯定与规范。

作为混凝土掺合料,从长远看石灰石粉具有广阔的市场和良好的社会效益、经济效益。

(2)装配式构件掺合料

新型装配式构件体系具有建造速度快、质量易于控制、节省材料、构件外观质量好、耐久性好以及减少现场湿作业、有利环保等优点。在装配式构件领域,尾矿中的大量石灰石粉同样可作为混凝土和水泥掺合料,《预制混凝土构件质量控制标准》(DB11/T1312—2015)要求:预制混凝土选用石灰石粉等矿物掺合料时,其性能应分别符合相关标准要求。有研究表明,在免振自密实预制混凝土构件制作中,石灰石粉能有效提高混凝土流动性、抗分离性,对混凝土成型作用效果明显,解决了原材料不足等问题。除上述灰岩石粉外,性能和灰岩接近的白云岩、花岗岩石粉也可以作为混凝土、水泥的掺和料。

3、高端产品开发

品位较高的灰岩砂石矿山,可以用于开发碳酸钙、熔剂用高钙粉、火电厂脱硫用石灰石粉等高端产品。

(1)碳酸钙

轻质碳酸钙是将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成分为氧化钙)和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙),然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀,最后经脱水、干燥和粉碎而制得。

(2)脱硫用石粉

目前石灰石脱硫因技术成熟、运行稳定,是我国电厂烟气脱硫最主要的方法,砂石矿山加工过程中产生的石灰石粉经过进一步研磨加工,能有效降低电厂脱硫工艺成本,为尾矿石灰石粉变废为宝提供了良好的市场。

(3)熔剂用高钙粉

高钙石灰石粉在冶金行业得到广泛应用。在黑色冶金中,高钙粉的作用是将铁矿石中的脉石和燃料中的灰分以及其他有害杂质转化为炉渣排除,以利于提取有用的铁金属;炼钢过程中,石灰石将磷和硫排入炉渣,提高钢的质量。有色金属冶炼中,石灰石作为氧化矿石和金属的还原剂。

随着铁矿资源市场变化,生石灰强化烧结的作用逐步减弱,同时国内钢铁市场下行,各大钢企面临巨大压力,均为熔剂结构优化创造了有利条件。如,安钢在原溶剂材料中配加石灰石粉和白云石粉后,烧结矿质量较为稳定而熔剂成本大幅降低,取得了较大的经济效益和社会效益;济钢在烧结生产中配加1.66%左右的石灰石粉替代生石灰,结果表明对烧结矿产质量及经济指标无负面影响,而且可以降低熔剂成本,提高碱度稳定率。

目前,钢铁厂烧结熔剂已普遍采用高钙石粉替代部分生石灰,以降低烧结成本。熔剂用高钙石粉主要指标要求为CaO(50±2%),粒度3mm以下,且粒度≤3mm的石粉需达到90%以上。炼钢对石灰石质量要求最严,要求活性好、成分稳定、杂质含量低(尤其是磷、硫)、粒度合适。

来源:颜锦凯,付海波,徐亮

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中国砂石协会

2020年11月03日