1 前言
中國金屬礦山儲(chǔ)存的尾礦超過50億t,，而且每年以3 億t 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(zāi)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(jià)組分可創(chuàng)造巨大財(cái)富,，要加強(qiáng)環(huán)保治理,，實(shí)行整體利用；通過示范工程,，技術(shù)攻關(guān),，建立高附加值的產(chǎn)業(yè)，變害為寶,，推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化,。尾礦是礦山選礦后，在當(dāng)時(shí)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(dá)50 億t 以上,。目前中國每年產(chǎn)生的尾礦將達(dá)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(jì),，全國固體礦產(chǎn)采選業(yè)排出的尾礦將嚴(yán)重影響國土生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)，引起全國人民的關(guān)注,。由于尾礦多已磨至0.07～0.15 mm 以下,，儲(chǔ)存在尾礦庫中或就近排入河道、溝谷低地,，溢流滲透,，刮風(fēng)揚(yáng)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(shí)由于歷史原因，選礦回收率低,，尾礦中蘊(yùn)藏著許多有用組分,，隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)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(gè)別礦山早就將尾礦作為建筑材料" title="建筑材料">建筑材料,、玻璃原料進(jìn)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(qiáng)環(huán)境保護(hù)土地管理,，尾礦占地成為必須解決的迫切問題,，只回收有價(jià)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(qiáng)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(yàn)研究,。
20 年來尾礦整體利用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(zhì)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(huì)承認(rèn)，成為社會(huì)新生產(chǎn)力的組成部分,。
2 礦業(yè)廢渣" title="礦業(yè)廢渣">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(jìn)過程中的掘進(jìn)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(jiān)硬的黑色巖石,，是由碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)砂巖,、頁巖,、粘土等組成的混合物。我國各地煤矸石化學(xué)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(jì)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(huì)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(dāng)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(fèi)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(jì)和社會(huì)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(diǎn),。
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(jì)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?；炷涟韬臀锏臄嚢?，除了能混合作用外，還能起到一定的塑化和強(qiáng)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(zhì)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(qiáng)制性攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。
混凝土的攪拌時(shí)間,，對拌和物的勻質(zhì)性有明顯影響,。攪拌時(shí)間過短，則拌和不勻,，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和易性,；攪拌時(shí)間過長，不僅會(huì)影響攪拌機(jī)的效率,，而且會(huì)使混凝土的和易性又重新降低或產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象,。混凝土應(yīng)攪拌至各種組成材料混合均勻,，顏色一致,，對于高強(qiáng)度混凝土、干硬性混凝土尤應(yīng)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(shí)為止,，延續(xù)的時(shí)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(guān)鍵工序。由于混凝土砌塊是半干硬性或干硬性混凝土（流動(dòng)性差）,，采用振動(dòng)加壓密實(shí)成型是比較理想的工藝方法,。其優(yōu)點(diǎn)是：小砌塊成型質(zhì)量好、成型效率高,、水泥消耗少,、成本低、可以立即脫模養(yǎng)護(hù)，使砌塊生產(chǎn)方式具有較大的靈活性,。主要缺點(diǎn)是：成型時(shí)振動(dòng)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(yīng)通過機(jī)械加工,，其不平度應(yīng)為每100 mm不超過0.05 mm。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(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型時(shí),，將混凝土拌和物高出試模上口。振動(dòng)沿試模在振動(dòng)臺(tái)上自由跳動(dòng),。振動(dòng)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(hù)工藝
養(yǎng)護(hù)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(zhì)量影響很大。養(yǎng)護(hù)的目的是為了保證混凝土凝結(jié)硬化得以正常進(jìn)行,，使砌塊能獲得所需要的物理力學(xué)性能和耐久性,。養(yǎng)護(hù)是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中時(shí)間最長的工序，通常占整個(gè)生產(chǎn)周期的80%～90%,，
混凝土砌塊養(yǎng)護(hù)工藝有三要素,，即養(yǎng)護(hù)濕度、溫度和養(yǎng)護(hù)延續(xù)時(shí)間,。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件成形后應(yīng)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù),。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)試件應(yīng)放在架上,，彼此間隔為10～20 mm，并避免用水直接沖淋試件,?；炷猎嚰跇?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 后進(jìn)行試驗(yàn)。
4 礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊力學(xué)性能測試
4.1 礦業(yè)廢渣混凝土配合比設(shè)計(jì)
本試驗(yàn)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(jìn)行成分分析所得結(jié)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(jì)算,、試配和配和比的確定，本試驗(yàn)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(qiáng)度為20 MPa，細(xì)骨料是粒徑大于5 mm 的尾礦,。
4.2 尾礦砂篩分析實(shí)驗(yàn)
尾礦砂篩分析試驗(yàn)所需篩的規(guī)格可根據(jù)需要選用相應(yīng)篩孔尺寸的圓孔或方孔篩,。本試驗(yàn)細(xì)骨料所選用的最大孔徑為5 mm，粗骨料所選的最大孔徑為16.5 mm,。
本試驗(yàn)取試樣500g,，按0.630 mm 篩孔的累計(jì)篩余量為65%，屬Ⅱ區(qū),。石子顆粒配為公稱粒級5～20 mm 的連續(xù)粒級,。
砂的視密度為3 438.4 kg/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(xué)試驗(yàn)
制作試塊的尺寸為150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊,，經(jīng)過在實(shí)驗(yàn)室常溫養(yǎng)護(hù)28d以后，在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測試" title="性能測試">性能測試,。
試驗(yàn)結(jié)果表明,，其抗壓強(qiáng)度比一般混凝土稍高，而且后期強(qiáng)度遠(yuǎn)高于一般混凝土,。
5 混凝土砌塊工程應(yīng)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(shù)產(chǎn)品發(fā)展政策,。
（2）自重輕,。減少了上部結(jié)構(gòu)的荷載，有利于建筑抗震,。小砌塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸" title="標(biāo)準(zhǔn)尺寸">標(biāo)準(zhǔn)尺寸為390 mm×190 mm×190 mm,，空心率為47%，重約18 kg,，相當(dāng)于9.6 塊標(biāo)準(zhǔn)磚,，墻體自重減少30%左右；
（3）施工速度快,。1m2 的140m 厚磚墻用標(biāo)準(zhǔn)磚192塊,；490 mm 厚的磚墻需用標(biāo)準(zhǔn)塊256 塊，大幅地降低了砌筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,，可提高砌筑速度40%～90%,。
（4）節(jié)約砂漿。與粘土實(shí)心磚相比可節(jié)約砂漿60%左右,；
（5）國外混凝土砌塊應(yīng)用和發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大量混凝土砌塊配筋砌體的實(shí)踐證明,；配筋和注芯不僅提高砌體的強(qiáng)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(jié)構(gòu)相比，鋼筋用量增加30%左右,，每m2 建筑面積的含鋼率為20～25 kg,；
（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(jià)減少1%～8%,，同時(shí)還可免除墻改費(fèi)、投資方向調(diào)節(jié)稅等,，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著,。
國內(nèi)試點(diǎn)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(jié)構(gòu)與同等規(guī)范的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，工程造價(jià)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(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的長遠(yuǎn)目標(biāo)出發(fā)制定了相關(guān)的政策法規(guī)，各級建委,、規(guī)委,、墻改辦的正確領(lǐng)導(dǎo)和支持，為砌塊建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間,。各個(gè)建設(shè)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(jié)構(gòu),，砌塊建筑仍處于試驗(yàn)階段。砌塊實(shí)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(huì)帶來的綜合效益還未被認(rèn)可。