【文章內(nèi)容簡介】 元。馬鋼桃沖鐵尾礦中含有 %的鈣鐵石榴石 ， 且儲量大。為充分利用這一資源 ， 馬鞍山礦山研究院與桃沖鐵礦研究成功了強磁一粗二精 的 分級搖床選別流程 ， 選 出了石榴石含量 %、回收率 4l%以上、磁性物含量 %的石榴石精 礦。黃茂福進(jìn)行了他達(dá) 鐵礦尾礦再選的應(yīng)用研究。他達(dá)礦尾礦采用“分級脫泥 、 跳汰”的單一重選流程在原尾礦 TFe 品位 35%左右時 ， 可得到 TFe 品位約 54%， 回收率 52%左右的鐵精礦。工業(yè)試生產(chǎn)表明可以年增鐵精礦 3 萬 t， 新增經(jīng)濟效益 150 萬元。投資效果明顯 ， 具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 我國礦產(chǎn)資源 【 7】 的一個重要特點是單一礦少 ， 共 (伴 )生礦多。尾礦中含有的多種有價金屬和礦物未得到完全回收。目前也只有為數(shù)不多的礦山回收利用尾礦中的有價組分 ， 例如包鋼由溜槽產(chǎn)出的細(xì)粒尾礦經(jīng)濃縮分級 ， 混合浮選螢石稀土泡沫產(chǎn)品 ， 精選后得到≥ 65%ReO、回收率 70%的稀土精礦；浮選尾礦加濃酸脫藥 ， 浮選出含 %的 Nb、 O， 且 回收率為 %的鈮精礦 ；河北邯鄲礦山局從鐵礦尾礦中再選回收鐵、硫及鈷；河北黑山鐵礦從西安建筑科技大學(xué)碩士論文 3 尾礦中回收鈦、硫等。武鋼有大冶鐵礦、程潮鐵礦、金山店鐵礦和靈鄉(xiāng)鐵礦 4 座鐵礦山。尾礦中可綜合回收利用的有價元素有 Fe、 Cu、 S、 Co、 Ni、 Au、 Ag、 Se等 8 種。根據(jù)尾礦的性質(zhì) ， 確定采用泥砂分選方案。試驗研究結(jié)果表明 ， 金、銀、銅、鈷、硫、鐵的回收率分別為 %、 %、 %、 %、 %和 %。按現(xiàn)在價格計算 ， 可創(chuàng)產(chǎn)值達(dá) 億元 。 ii 作土壤改良劑及磁化復(fù)合肥 絕大多數(shù)尾礦肥料屬于微量元素肥料 ， 一般 是從沒有 污染組分 、 富含有利于植物生長 、 促進(jìn)土壤營養(yǎng)組分轉(zhuǎn)化吸收和質(zhì)量優(yōu)化的微量元素的尾礦 中 獲得 ， 部分屬于復(fù)合礦物肥料或土壤改良劑 ， 通常從含鈣、鎂、錳、磷等組分較高的尾礦獲得。 有關(guān) 礦物在農(nóng)業(yè)上 【 8】 的應(yīng)用 ， 國外的研究工作起步較早。前蘇聯(lián)利用含鈣、鎂、硅尾礦改良酸性土壤 ， 還利用銅選廠尾礦未經(jīng)處理直接制作農(nóng)用微量元素化學(xué)肥料 ， 皆取得了良好的增產(chǎn)效果。馬鞍山礦山研究 院在國內(nèi)率先進(jìn)行了利用磁化鐵尾礦作為土壤改良劑的研究工作。試驗表明 ： 磁化尾礦施 入 土壤后 ， 提高了土壤的磁性 ， 引起了土壤中磁團粒結(jié)構(gòu)的變化 ， 尤其是導(dǎo)致“磁活性”粒級和土壤中鐵磁性物質(zhì)的活化 ， 使土壤的結(jié)構(gòu)性、孔隙 率 、透氣性均得到改善。田間小區(qū)試驗和大田試范試驗表明 ， 土壤中施入磁化尾礦后 ， 農(nóng)作物增產(chǎn)效果十分明顯 ，早稻平均增產(chǎn) %。中稻平均增產(chǎn) %， 大豆增產(chǎn) %。 之后 該院又將磁選廠鐵尾礦與農(nóng)用化肥按一定的比例相混合 ， 經(jīng)過磁化、制粒等工序 ， 制出了磁化復(fù)合肥 ， 并在當(dāng)涂太倉生態(tài)村建成一座年產(chǎn) l萬 t的磁 化復(fù)合肥廠 ， 這種磁化復(fù)合肥深受當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的歡迎。 iii 作井下采空區(qū)充填料 尾礦做井下填充物 ，其 工藝 【 9】 簡單、耗資少 ， 降低了充填成本和整個礦山生產(chǎn)成本 ，并且 降低礦石貧化率和損失率 ，同時 提高了回采率。鐵礦山采用尾砂充填技術(shù) ， 通過管道自流輸送尾砂膠結(jié)充填料。充填骨料有分級尾砂、全尾砂和細(xì)砂混合料以及全尾砂等 多 種 ， 不僅解決了尾礦堆存問題 ， 避免了環(huán)境污染 ， 而且能夠防止采礦造成的地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害 ， 還可大幅度提高礦石 的回采率。尾砂水速凝 、 低濃度充填應(yīng)用潛力較大 ， 它可以解決井下充填料 不足、免去選礦廠脫泥工序以及細(xì)泥筑壩困難等一系列難題。從實踐來看 ， 來源廣泛的尾砂代替砂石作井下大面積充填 ， 技術(shù)上可行 ， 經(jīng)濟上合理 ， 是礦山正在推廣的一項新工藝。同時還可以利用鐵尾礦充填露天采坑或低洼地帶 ， 再造土地。一些礦山露天采礦西安建筑科技大學(xué)碩士論文 4 結(jié)束后 ， 露天采坑改作尾礦庫也是一條好途徑 ， 但應(yīng)做好深部礦體的保護工作 ，礦坑底部排尾時 ， 應(yīng)經(jīng)過技術(shù)分析論證 ， 采取尾礦固化措施 ， 以免給今后地下開采造成事 故隱患和不必要的礦石損失。 iv 利用鐵尾礦制造建筑材料 我國鐵礦資源嵌布粒度細(xì)，一般需經(jīng)二段磨礦，少 數(shù)三段磨礦、選別。因此除預(yù)選拋出部分粗粒尾礦外，大部分選礦排出和堆存的尾礦粒度較細(xì)，僅長江中下游一帶尾礦粒度較 大 。同時，鐵尾礦化學(xué)成分接近建筑用陶瓷材料，玻璃、磚瓦等所需要的成分，這為開展尾礦用于制作建筑材料創(chuàng)造了條件。 a 利用固體廢物制磚 國家在墻改政策中提出 ―禁止毀田制磚 ， 保護土地資源 ， 保護生態(tài)環(huán)境 ‖的口號 ，并明確指出從 2021年 6月 30日起 ， 在 170個城市禁止生產(chǎn)和使用粘土實心磚 ， 這使傳統(tǒng)墻體材料面臨著一場深刻的革命。目前 ， 我國已陸續(xù)開展以粉煤灰、煤矸石、鐵 尾礦等生產(chǎn)墻體材料的研究 ， 研究較多的是蒸養(yǎng)磚、燒結(jié)磚和免蒸磚三個類型。鞍鋼礦山公司大孤山選礦廠 ， 較早就開始利用尾礦為主要原料進(jìn)行尾礦磚的試驗研究 【 9】 。以含鐵尾礦為主 ， 加入適量的 CaO活性材料 ， 經(jīng)一定工藝制得尾礦磚。中南工業(yè)大學(xué)也對鐵尾礦進(jìn)行了 制備 蒸 養(yǎng)磚的研究 ， 試驗主要采用常壓蒸養(yǎng)固結(jié)的方法。姚樹剛等人利用鞍山地區(qū)的鐵礦尾礦進(jìn)行了三免尾礦磚的研究 ， 并對尾礦磚的作用機理、工藝過程、質(zhì)量控制及產(chǎn)品物理力學(xué)性能等 也 進(jìn)行了 一系列 試驗研究。其各項性能符合 JCl5375Mulo標(biāo)準(zhǔn)要求 ， 已 通過省級技術(shù)鑒定。 許榮奎利用 馬鞍山向山硫鐵礦搖床尾礦進(jìn)行了彩釉墻地磚的試驗研究。試驗表明 ， 產(chǎn)品的吸水率、 耐急冷急熱、抗凍融等項指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 b 利用尾礦生產(chǎn)水泥 用尾礦生產(chǎn)水泥是利用尾礦中的某些微量元素影響水泥熟料的形成和礦物的組成 ， 方法主要有 2種 ： (1)利用尾礦砂中含鐵量高的特點 ， 以尾礦砂替代常用水泥配方 中 使用的鐵粉 ； (2)用尾礦替代水泥原料的主要成分。 如 潘一舟等人利用杭州閑林埠含鉬鐵礦石尾礦代替水泥用原材料 ， 進(jìn)行配制水泥的試驗研究。并在實驗室研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)性試生產(chǎn)。探索出適 合于工業(yè)生產(chǎn)的工藝參數(shù)和尾礦摻量 ；鞍鋼礦業(yè)公司針對尾礦含鐵 較高的特點 ， 提出了尾礦再選工藝 ， 脫泥篩分作業(yè)的回收流程 ， 成功的從尾礦中提取含鐵 60%左右的鐵精礦和含鐵 30%～ 40%的水泥熔劑 ， 剩余的作為建筑用砂 。 c 固體廢物用于陶瓷材料 西安建筑科技大學(xué)碩士論文 5 利用尾礦研制生產(chǎn)陶瓷打破了以粘土為原料的傳統(tǒng) ， 在有效利用廢棄尾礦、減輕環(huán)境壓力的同時 ， 也使陶瓷性能得到了 極 大的改善。其中在小范圍燒制陶瓷材料、尾礦陶瓷釉料、尾礦衛(wèi)生潔具等方面都取得 了 較好的進(jìn)展。 d 尾礦生產(chǎn)新型玻璃材料 用鐵礦尾礦熔制高級飾面玻璃材料是尾礦綜合利用、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個有效途徑 。 同濟大學(xué)以南京某高鐵鋁型尾礦為主要原料進(jìn)行了熔制飾面玻璃的研究試驗。經(jīng)退火后的鐵尾礦玻璃漆黑光亮 ， 均勻一致無色差 、 無氣泡、疵點； 此外 同濟大學(xué) 還 以吉林地區(qū)高鋁鐵硫銅尾礦為主要原料 ， 在 實 驗室試驗的基礎(chǔ)上 ，進(jìn)行了銅尾礦制飾面玻璃工業(yè)性擴大試驗。 e 利用尾礦生產(chǎn)微晶玻璃 礦業(yè)尾礦中含有制備微晶玻璃所需的 CaO、 MgO、 Al2O SiO2 等基本成分 ，因此 ， 可以利 用尾礦制備性能 各異 的微晶玻璃。近幾年 ， 我國利用尾礦生產(chǎn)玻璃或微晶玻璃已得到 了 一定的研究應(yīng)用。目前這方面的應(yīng)用主要有 ： 利用高鈣鎂型尾礦生產(chǎn)飾面材料 ； 作為生產(chǎn)微晶玻璃的材料 【 10】 。 北京科技大學(xué)利用大廟鐵礦尾礦為原料 ， 在實驗室制出了?；?磚 ； 邢軍等人分別以鐵尾礦和金礦尾砂為主要原料研究 了 制備微晶玻璃材料的方法 ， 并成功制成了主晶相為透輝石相的黑色尾礦微晶玻璃和主 晶相為尖晶石、頑火輝石固溶體的微晶玻璃； 梅山鐵礦同中國地質(zhì)科學(xué)院尾礦利用中心合作在實驗室研制出白、黑、紅、藍(lán)等 4種色調(diào)微玻巖。 凝膠注模工藝 凝膠注 膜成型 (gelcasting)是 美國橡樹嶺國家實驗室的研究者 在 20世紀(jì) 90年代初首先發(fā)明的一種新的膠態(tài)快速成型工藝。 先后實現(xiàn)了 Al2O3 和 Si3N4 的工業(yè)化生產(chǎn)。它克服注漿及注射成型的缺點 ， 繼承它們的優(yōu)點 ， 成為 了 一種獨具特色又極具前景的新型陶瓷成型工藝。 Gelcasting 工藝的特點 凝膠注模 成型 工藝 【 11】 的優(yōu)點 有以下幾個方面： ①可適用于各種陶瓷材料 ，成型 各種復(fù)雜形狀和尺寸的陶瓷零件。②由于定型過程和注模操作是完全分離的 ，定型是靠漿料中有機單體原位聚合形成交鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體來實現(xiàn)的 ， 所 以 成型 坯體組分均勻、密度均勻、缺陷少。③漿料的凝固定型時間較短且可控。根據(jù)聚合溫度和催化劑的加入量不同 ， 凝固定型時間一般可控制在 5～ 60min。④該工藝所用模具為無孔模具 ， 且對模具無特殊要求 ， 可以是金屬、玻璃或塑料等。⑤西安建筑科技大學(xué)碩士論文 6 坯體中有機物含量較少 ， 其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 3 %～ 5 %， 但強度較高 ， 一般在 10MPa 以上?？蓪ε黧w進(jìn)行機加工 （ 車、磨、刨、銑、鉆孔、鋸等 ）， 從而取消或減少燒結(jié)后的加工 工序 。⑥ 它 是一種凈尺寸 成型 技術(shù)。由于坯體的組分和密度均勻 ，因而在干燥和燒結(jié)過程中不會變形 ， 燒結(jié)體可保持 成型 時的形狀和尺寸比例。 ⑦所用陶瓷料為高固相 （ 體積分?jǐn)?shù)不小于 50 %）、 低粘度 （ 小于 1Pa s） 。 與其它幾種傳統(tǒng)工藝相比較如表 1所示。 漿料的固相含量是影響 成型 坯體的密度 、 強度及均勻性的因素 ， 粘度的大小關(guān)系到所成坯體形狀的好壞及漿料的排氣效果。這也是應(yīng)用該技術(shù)的難點和能否成功的關(guān)鍵。因此該技術(shù)明顯優(yōu)于流延法和熱壓 成型等傳統(tǒng)的濕法 成型 技術(shù)。目前該工藝的研究受到國內(nèi)外研究部門和工業(yè)界的極大重視 ， 具有廣泛的應(yīng)用前景 ， 由于粉末冶金材料的 成型 工藝與陶瓷材料的相似性 ，可以把此工藝應(yīng)用于粉末冶金工藝中。 表 凝膠注模成型工藝與幾種傳統(tǒng)成型工 藝的比較 Table Gelcasting process and parison of several conventional molding process 工藝 凝膠注模 注漿 熱壓注 固化時間 /min 5～ 60 60～ 600 30～ 300 脫模強度 較高 低 高 干坯強度 很高 低 低 模具材質(zhì) 金屬，玻璃、塑料、石蠟 石膏 金屬 粘結(jié)劑排除 23h 23h 大于 24h 成型缺陷 少 少 多 干燥脫脂變形 最小 小 多 最大成型尺寸 大于 1m 大于 1m 30cm 凝膠注模成型工藝基本原理及過程 凝膠注模工藝 基本原理是通過靜電和空間位阻作用 【 12】 ，將陶瓷粉體以較高的固相含量（體積分?jǐn)?shù)不小于 50%）均勻的分散于含有有機單體、交聯(lián)劑 、 分散劑 和去離子水 形成的 有機 單體溶液中，制成高固相、低粘度（小于 1Pa s）、流動性好的穩(wěn)定料漿； 當(dāng)加入催化劑和引發(fā)劑后 ，攪拌均勻，經(jīng)注模成型后，有機單體在添加劑的作用下進(jìn)行原位凝固，將濕坯在一定溫度和濕度環(huán)境下干燥 、脫模、燒結(jié) ，形成具有一定強度的坯體。凝膠注模與其它成型工藝相比具有坯體中粉料分布均勻和干燥后生坯強度高等優(yōu)點 。干燥后的試樣可以直接進(jìn)行機加工。其成型原理及干燥過程示意圖如圖 。 西安建筑科技大學(xué)碩士論文 7 圖 凝膠注模成型原理示意圖 Gelcasting principle 下面我們以常用的丙烯酰胺（ AM）作為有機單體、亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑（ MBAM）、過硫酸銨 (APS，簡寫為 I)為引發(fā)劑為例來 具體說明凝膠注模成型原理。 凝膠注模成型原理 如下 ： a 鏈引發(fā)反應(yīng) 鏈引發(fā)應(yīng)是形成單體自由基活性種的過程，首先是引發(fā)劑 I 分解為 2 個初級的自由基 ， (1) 這一步是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)需要的能量較大 ，反應(yīng)不容易進(jìn)行。鏈引發(fā)反應(yīng)的第二步是初級自由基引發(fā)有機單體成為單體自由基的過程，式（ 2）表示初級自由基與有機單體 AM 的反應(yīng)，式（ 3）表示與雙官能團交聯(lián)劑 MBAM 的反應(yīng)。 此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程容易進(jìn)行，初級自由基可以很快地生成單體自由基，但是引發(fā)反應(yīng)階段存在 很 多副反應(yīng)，這些副反應(yīng)會消耗引發(fā)劑，使引發(fā)劑的引發(fā) 效率降低。 例如 初級自由基還會很快和一些阻聚性物質(zhì)作用，失去反應(yīng)活西安建筑科技大學(xué)碩士論文 8 性， 其中 氧就是一種明顯的阻聚劑。由此可見，鏈引發(fā)反應(yīng)是控制整個聚合反應(yīng)的關(guān)鍵。 b 鏈增長反應(yīng) 鏈增長反應(yīng)即鏈引發(fā)所產(chǎn)生 的自由基與有機單體分子能夠迅速復(fù)合加成，形成鏈自由基的過程 。其中 式（ 4）表示式（ 2）生成的自由基與有機單體 AM 發(fā)生的反應(yīng)，式（ 5）表示式（ 3）生成的自由基與單體 AM 的反應(yīng)。 c 鏈中止反應(yīng) 鏈中止反應(yīng)包括偶合終止和岐化終止。由鏈引發(fā)和鏈增長反應(yīng)的特點可知，在整個分解反應(yīng)的過程中鏈引發(fā)反應(yīng)中引發(fā)劑的分解反應(yīng)是一個阻速反應(yīng)。在無其它添加劑的情況下，引發(fā)劑的分解活性能在 100~170KJ/mol，聚合反應(yīng)在 40℃以上 的條件下 才能進(jìn)行。 但是在過氧化物引發(fā)劑 中 加入少量的還原劑即可在一定程度上降低其活化能 （可降到 40~60 KJ/mo