浮选尾矿生产蒸压砖的研究与应用

摘要：李子金矿生产的金精矿除外，剩余90%的矿成了尾矿，量大粒小存在着潜在的安全环保隐患，尾矿处理一度是矿山企业的“老大难”问题。他们通过外出考查、试验研究，以尾矿作主料，配以辅料经系列工艺后产出墙体新建材蒸压砖，保护了生态环境，发展了循环经济，实现了变废为宝、节能减排。局部工艺改造后，采用标砖与加气块“两条腿”走路，年耗尾矿10.78万吨，占李子选厂年排尾总量的72.59%，创利润1330万元，使尾矿治理由纯投入型迈上赢利型。

关键词：尾矿；蒸压砖；利润；应用

中图分类号：TD 923               

文件标识码：A         

近年矿山除回选尾矿中有用成份、伴生含量外，还用尾矿铺路造水泥，特别在制蒸压砖的建材领域打开了通道。甘肃省天水李子金矿有限公司（下称李子金矿）浮选尾矿生产蒸压砖的研究与应用成效显著。

1. 李子尾矿性质

李子金矿原矿经选矿厂磨矿浮选作业回收3 %～7 %金精矿外，大多变成尾矿。尾矿中金属（除Au、Ag、Pb、Cu）、非金属矿物（除S）和次生氧化矿物构成与原矿基本相同。排放干尾矿量约450 t/d,尾矿真密度2.67 t/m3,尾矿堆积干密度1.40 t/m3。滤前矿浆浓度32 %，矿浆密度1.250 t/m3；滤后滤饼浓度达85%以上，浓缩压滤脱水率近达70%【1】。

1.1 多元素分析与粒级构成

多元素分析见表1.

                                                                                         表1   李子尾矿多元素分析

                                                                                                         表2  李子尾矿粒级构成

尾矿粒级分析表明，+0.075mm占65.37 %～70.36 %；-0.075 mm占29.84 %～34.63 %。这表明磨矿浮选后尾矿粒度偏粗，见表2。

1.2化学成分

表3    李子尾矿化学成份分析

表3中（1）上述几家公司受李子金矿委托对所寄尾矿样品分别进行化学成份分析；（2）各种成份制砖常规标准范围：SIO2  55%—70%，Fe2O33%—10%，AI2O310%—25%，CaO﹤10% ，MgO﹤5%（否则所制砖易裂）。

2.外委制砖试验

2.1福建海源墙体材料有限公司

原料配比：尾矿砂、石屑与生石灰的配比依次为73:15:12。      

工艺：原料计量—混合—轮碾—压制（海源HF1100压砖机，成型压力≥20MPa，砖坯成型良好）—蒸压养护（升温升压2h，恒温恒压7.5h ,1.2MPa,188℃,降温降压约1.5h）。

检测结果：化学成份 SIO2 83.57%, Fe2O3 6.68%, AI2O3 9.02% ；212×102×40小标砖强度“抗压33.5MPa，抗折6.9 MPa”，符合国家标准GB11945—1999 MU25强度等级。

结论：212×102×40小标砖平均块重1.724kg ，折合240×115×53标砖块重2.916kg，比普通灰砂标砖2.5kg略重。表明李子尾矿砂可生产优质的蒸压砖。

2.2山东金洲集团金盛砖厂

试验原料配比“李子尾矿砂：河砂：水泥=70:20:10”，所产蒸压砖强度“抗压在10MPa—15MPa，抗折≥2.8MPa，最大为6MPa”，达到国家建材标准。测得李子尾矿标砖块重2.711kg。

2.3山东恒远利废技术研发中心

（1）对李子尾矿砖试验配方【2】

            配方一

                                       配方二

              配方三

 （2）蒸压养护过程

（3）李子尾矿蒸压标砖强度【2】

   2.4 外委制砖试验结论

（1）李子金矿尾矿砂SIO2含量最低52.72%，最高83.57%，SIO2+Fe2O 3+AI2O3含量均大于72.85%，作为尾矿蒸压砖中的骨料，主要成分含量充足。

（2）所制标砖块重比2.5kg普通灰砂标砖略重，达2.7kg—3.0kg，减重可在模具或工艺上作文章。也可根据需求生产240×115×90的空心砖、200×115×53小标砖及600×300×200的加砌块（块重25kg）。

2.5国家建材工业墙体屋面材料质检中心

放射性检验结论：李子浮选尾矿砂样按照GB6566—2010标准，放射性核素限量指标符合标准建筑主体材料要求。

3 可行性研究

3.1 制蒸压标砖的目的在于消化尾矿

尾矿作为选收精矿后排放的“废渣”，量大粒细堆积储存占据相当耕田、林地，加之水含多种药剂，建库选址难，费用大，环保要求高，高势能库区存在坍塌、垮坝的隐患，成为人造泥石流危险源。用尾矿砂制蒸压砖既能减少堆存空间，又能消除安全隐患，取缔黏土砖保护腐殖土。不在乎挣多少钱赢多少利，重在消化尾矿，以消除矿山生产的短板“瓶颈”。

李子金矿地处长江流域嘉陵江上游天然林保护区，林地征用费高昂，大库容选址难且环保要求高。用尾矿砂制蒸压砖能达到保护生态环境、节能减排、少占空间、延长库区服务年限、保护长江水质的目的。初步预算年产蒸压标砖10000万块，可消耗尾矿约20万t，一期工程年产标砖5000万块，可消耗尾矿10万t，使尾矿处理零费用，制砖获利润。

3.2 技术经济成熟可行

李子金矿尾矿砂制蒸压砖先后外委经多次试验均取得成功。福建海源公司、山东金洲集团、山东恒远利废公司所制蒸压砖强度等级均达到国家标准，详见文中2。

主料为尾矿砂，李子金矿拥有探采矿权面积分别为96.26 km2和12.05 km2，随着本区及外围探矿增储与资源的不断整合，服务年限延长，入选矿石量增多，尾矿资源充足。

销售市场以李子园为基点，逐一向外围延伸扩大，分三个区域：30km以内，30km至100km，100km以外。想方与大型项目、重点工程挂钩，用质量、信誉及较完美的服务赢得用户。相信随着粘土砖的取缔，蒸压砖必将占领未来的建材市场。

此项目可申请国家扶持的利废基金贷款，企业也可勒紧裤带自筹基金。初步预算项目投资总额3230多万元，一期2300万元，建设工期6个月，定员35人，块砖售价0.38元，成本0.31元，利润0.07元，一期年产值1900万元，年利润350万元，经济上可行。

3.3  设计方案、主要设备与产品

所定配料为尾矿砂、粗砂与水泥，原则工艺为配料、计量、搅拌、机压、蒸压、码放，除办公生活区域外，厂区分原料、工艺设备、成品三大区域，要搭棚预留充足的备料空间，消除天雨对原料干湿度的影响，计量粒状物用计量秤、粉状物用计量罐，工艺设备在保证标砖质量下，应短小精悍、装机容量最小。

胶结料以水泥为主，一般用强度低一点的5325作配料物美价廉。我国水泥标准规定：水泥产品中≥80um（200目）颗粒含量（又筛余量）不得超过10%，否则水化活性很低。

折压比除掺加20%左右的粗砂作骨料、使SIO2有效含量达75%以上外，还采用了二次搅拌，以提高机压质量，增加砖坯容重。

主机选购福建海源自动化机械股份有限公司生产的HF1100压砖机，产量以每次几秒钟成型多少块、21h/d、300d/年推算，系数取0.8，要考虑检修、停电等因素。

 特种设备选购常州锅炉厂的蒸压釜和锅炉。辅助设备设施如配料系统、搅拌机、皮带、料仓、码胚小车与摆渡车均选购山东恒远利废技术发展有限公司的产品。

产品规格标砖240×115×53（mm），加砌块600×300×200（mm）；普通空心砖240×115×90（mm）, 240×115×115（mm），孔洞率均为25%。蒸压砖质量认证每2年一次，由所在地建材部门质监局进行。首次认证必须达到20万块以上，才有资格邀请抽检。

4 生产实践

4.1 生产

准备、施工与试车投产。2012年1月到同年4月对选址后的干堆场进行了场地岩土工程勘查，地下岩石坚固，基岩结实，符合建厂要求，同年1月由中国新型建材杭州设计研究院武汉分院完成初步设计代可研，2012年4月天水市发改委批复李子金矿砖厂项目登记备案，随后通过了安评和环评，同年6月中国黄金集团在北京审查通过了李子金矿砖厂初步设计代可研报告。2012年10月初由中标的中金建设一公司负责基础土建，止12月中旬土建结束，随后由山东恒远利废公司负责设备的安装，至次年3月设备安装竣工。随后进行了单机调试，联动试车成功后便投产，，产盲孔砖8.6万块。

生产过程。标砖：矿山选厂尾矿装运至砖厂原料堆放区，经滚筒筛格除根草杂物后，由铲车适时铲入配料斗，经传感计量后按配比进入搅拌机；采购储存或由废石碎筛的粗砂由铲斗车送入配料斗，经传感计量后按配比进入搅拌机；水泥用散装罐车从水泥厂运入，经车载气泵送入水泥仓后由螺旋输送机计量并按配比送入搅拌机。各原料按设定的配方计量后，进入立式紊流搅拌机，混匀后由皮带输送至陈化仓，再送到连续立式搅拌机打散搅拌，搅匀后进入压砖机压制成型，成型的砖坯码在蒸压小车上进入蒸压釜内，输入1.2MPa—1.3 MPa的蒸汽进行8小时—10小时蒸压养护，出釜后即为成品砖。加砌块：各料计量后按比例投入搅拌机按规定时间搅拌，同时送入蒸汽提高料温，入模浇注约7分钟，之后完成初凝养护需2.0——3.0小时，行车吊模框到切割机上，按设定规格进行纵、横切割，每模约6分钟，残余废料回收后可重复使用，切好坯体先编组预养，在入釜蒸压养护，前后共需11小时，最后送至成品堆场。

4.2原料

4.2.1原料胶结体选水泥

原料胶结体国家一度推广电石泥和石灰，因石灰价格贵，每吨比水泥高出20来元，石灰面比块每吨便宜50元，但强度相差甚远。块灰每吨380元，因严格粒度控制，要求+200目（0.08mm）的筛余量近达20%（比表面积3500g/m3—4000 g/m3），所以要采购安装配套的PE250×750颚破（d≤25mm）（30kw）、斗式提升机、料仓、皮带机及MQY1557干式球磨机(95kw)，建造石灰加工车间，至少要投资200万元，破坏生态，所以胶结体选水泥。

水泥中Ca2+在190℃时会与砂中的SI、AI发生水化反应，产生明胶CaSIO3、Ca（AIO2）2，明胶干固后就变成硬度强度上崇的玻璃体。

4.2.2主要原料要经过预处理

    除水泥外，尾矿砂和井下废石都应进行预处理【2】，才能满足工艺对原料的需求。

尾矿砂在铲装倒运时，因碎石砖块、铁器绳索、根草杂物的介入，必须预先格除，方可满足粒度-5mm的工艺要求。格除采用条筛（能力7m3/h,孔径10mm）、皮带、∮1×3（m）回转筛工艺设备，还要在简易棚下堆放晾晒，待水份达11%—12%时可配供料。

粗砂就地采购82元/t,对井下块度达300mm—500mm的废石，常用PEF400×600颚破+PC1015锤破与YA4515圆振筛构成两段一闭路工艺进行碎筛处理，最终粒度小于7.5mm，成本仅为就地采购粗砂费用的一半。

4.2.3存在问题与解决办法

（1）原料

尾矿砂干筛与处理，粉尘大，湿筛后湿度大，含水率高，靠自然风干至少需要10来天时间，因此要事先晾晒，保量又保干湿度。另外MgO含量不能大于5%，否则模具在蒸压砖表会留下痕迹。

井下废石虽SIO2+AI2O3含量都在66%以上，像碎石子75.78%，尖草湾66.39%，河砂88.73%，但预处理后粘性大，个别矿块粉化严重，对此要掺配足够的粗河砂，粒度最好在5.00mm—7.35mm，就是常说的“瓜子石”，因为砖的抗折强度与骨料中SIO2的含量直接关联。

（2）工艺设备

搅拌机无论立式稳流还是连续型，卸料门易出故障，冬季压缩空气水份多，进水进泥自动程序因电磁阀的卡死而出问题，对此严格卸料门管理。特别强调搅拌叶片与高锰钢衬板的间隙不能超过12mm，否则搅拌效果极差。

陈化仓容积小陈化时间短，使配料互相间不能充分融合，影响砖的结构组成，另外陈化不充分在蒸压时会导致体积膨胀，使砖坯产生裂纹，以致压制、蒸压后容易错位变形出现次品。对此我们在试生产阶段与辅助设备厂家现场作了探讨，对陈化仓的容积结构进行了改造，现能达到工艺所要求的陈化时间。

压机辅机模具，每套使用周期约30万次，年需4套左右，一套15万元。我们与主机厂家就材质结构、模具质量问题进行了探讨，厂家同意2年内以旧换新。

变压器630KVA满足不了生产需求，已改为1000KVA，型号S11—1000∕10—0.4，基建时期我们已与设计施工及地方供电部门达成共识，改型后生产供电一直正常。

（3）产品

产出240×115×53蒸压标砖，工作制度一天1班，日可产3万块，一天3班，日可产9万块，年产3000万块，平均块重2.70kg，可通过尾矿砂减量、添加发酵剂、更改模具结构等减轻块砖重量。至于面光与混凝土粘合问题，可改进模具使砖面由光变毛解决。年只能消耗5.67万吨尾矿砂，占选厂年选尾矿量的39.79%。我们曾换模具生产240×115×90盲孔砖，经称重平均块重4.00kg，因销售渠道狭窄，试制了4.8万块就更改模具生产标砖。

（4）人员

矿山急缺建材专业人员，技能工人和销售人员也少得可怜，通过一年半的生产，培养造就了多名建材专业骨干和技术能手，今后这方面将通过事业、感情、待遇招人留人，并将与大型建筑企业和重点工程“联姻”。

（5）环保

我们在水泥仓顶安装了带式除尘器，在立式稳流搅拌机顶安装了呼吸管，保证区域环境。蒸压釜排气30min/次，10次/d，噪音在100dB，为消噪我们砖砌封闭排气端，成效显著。生产1000块标砖，需消耗蒸汽200公斤，产生废水200×30%=60公斤，含少许泥油略有浑浊但量不大，无害无毒，可全部回收用作生产水，提高利用率，实现零排放。

4.3 实际经营与定编定员

（1）技术经济指标【3】，标砖见表4，加砌块见表5。

表4    标砖实际技术经济指标

表5  加砌块实际技术经济指标

（2）实际成本核算，标砖见表6，加砌块见表7.

                                                                                                表6    标砖实际成本核算【3】

注:工资及福利费用计算2500元/月×12月×35人=105.00万元，特此说明。

                                                            表7   加砌块实际成本核算

注:工资及福利费用计算2500元/月×12月×62人=186.00万元，特此说明。

（3）经济效益

税收按有关政策享受全免，变废为宝，效益可观，见表8。 

标砖。设计项目从2012年4季度至次年1季度，一期土建、设备安装及调试均完成，随后投产，止2014年10月历时1.5年，，因块砖销售价格0.38元，综合成本0.31元，见表6，可知产值1710万元，利润315万元。由此可算得年产值1140万元，利润210万元。

实产标砖2500万块

标砖出厂售价: 0.38元/块

实际销售收入: 950万元

实际利润总额 : 2500万块×（0.38-0.31）元/块=175万元

加气块。砖厂完成改造后于2014年9月投产至今1年10个月，，因加气块销售价格7.90元，综合成本3.90元，见表7，可知产值4029万元，利润2040万元。由此可算得年产值2212万元，利润1120万元。

实产加砌块280万块

加砌块出厂售价:7.90元/块

实际销售收入:40292万元

年利润总额 : 510万块×（7.90-3.90）元/块=2040万元

                                                                        表8   李子标砖与承包后局部改造生产加砌块实际效益

（3）定编定员标砖35人、加砌块62人

砖厂管理人员12人，含厂领导4人，班组长2人，机修2人，保管1人，销售2人，供应1人；生产班组23人，实行三班三运转，每班7人，锅炉和配电室各1人上长白班。财务人员由李子金矿总部职能部门人员兼任。加砌块考虑工艺的复杂性，需再增加27人。