1　引　言
随着我国经济的高速发展，钢铁的需求量也日益攀升，由此带来的铁矿尾矿等工业废料也在不断增加. 据不完全统计，目前我国累计堆存的铁尾矿量高达50亿吨左右，而且随着铁矿产能的不断提高，尾矿堆存量以5亿吨/年的速度在不断增长. 这些废料不仅占用了大量的土地资源，还存在着一定的安全隐患［1-2］. 因此，如何变废为宝，将铁矿尾矿资源化利用成为人们越来越关注的问题. 很多学者已开始着手研究利用铁矿尾矿作为填料来制备各种建筑材料［3-5］. 如利用铁矿尾矿制备烧结砖［6］，蒸养砖［7］等，但由于铁矿尾矿粒度细，属于典型的非活性矿物料，不具有火山灰活性，因此上述的应用中，铁矿尾矿只能当做惰性填料使用，添加量一般不大，从而水泥、骨料的用量大，导致成本过高.
本文对铁矿尾矿进行煅烧活化，回收活化产生的铁精矿，减低成本的同时也提高了火山灰活性. 在活化的铁矿尾矿中添加少量的建筑砂等，进行了干压成型制备蒸养砖，通过单因素试验方法优化得出制备铁矿尾矿蒸养砖的最佳配合比. 并根据非烧结尾矿砖的相关标准，对样品进行了抗折抗压强度、吸水率、软化系数、干质量损失、干燥收缩率等性能指标进行测试分析.
2　实验部分
2.1　实验用原料
实验用主要原料：梅山铁矿尾矿（铁物相分析及矿物分析化见表1），水泥（黄石华新水泥P·O 32.5普通硅酸盐水泥），骨料（市售中粗砂），水（自来水）.
2.2　铁矿尾矿的活化
由于尾矿中含有菱铁矿、赤铁矿，这二者均不能通过磁选分离，需要在煅烧的过程中还原成可被磁选机分离的磁铁矿，实验中选取煤粉作还原剂.
活化的处理：1）将干燥过的重选和浮选铁矿尾矿分别通过0.147 mm方孔筛进行筛选；2）将过筛的煤粉按尾矿质量的0~8 %分别加入到两种尾矿中混合均匀；3） 取上述混合均匀的样品在700 ℃的温度下煅烧1 h，升温速率为15~20 ℃/min；4）将煅烧后的尾矿在流动空气中迅速冷却，采用干法磁选机进行再选矿，除去煅烧活化过程中形成的铁精矿，残余物即为活化的铁矿尾矿.
2.3　火山灰活性检测
取经过磁选后的样品进行火山灰活性检测. 参照GB/T3286.2-1998［8］和GB/T3286.3-1998［9］配置待测溶液，测定经煅烧的尾矿中SiO2和Al2O3总的溶出率.
2.4　蒸养砖的制备
首先研究了河砂与混合尾矿的掺量以及养护温度对样品抗压强度的影响，确定最佳配合比设计和养护条件：水泥、建筑砂与混合尾矿的质量比为1∶1∶8，水料比为0.15，石膏掺量为总质量的2%. 物料先干混10 min，再湿混10 min，陈化30 min. 成型压力为20 MPa，成型的样品先标养1 d，然后在50 ℃下蒸养1 d，再标养5 d.
2.5　蒸养砖性能的测试
制备的蒸养砖，参照J/T422-2007［10］《非烧结垃圾尾矿砖》和GB/T4111-1997［11］《混凝土小型空心砌块试验方法》标准对蒸养砖的抗折抗压强度、干质量损失率、干燥收缩率、软化系数以及吸水率进行检验.
3　结果与讨论
3.1　活化与磁选的结果
重选和浮选的尾矿经过煅烧活化后，通过干法磁选机选矿，除去煅烧活化过程中形成的铁精矿. 结果发现，煅烧后用干法磁选能够将重选尾矿、浮选尾矿中的铁含量分别降低39.41%和45.10%，分选出来的铁精矿的品位均在57%以上. 对未煅烧的尾矿进行火山灰活性检测，得出未煅烧的重选尾矿总的溶出率为4.53%，未煅烧的浮选尾矿总的溶出率为5.46%，而煅烧的重选尾矿的总溶出率达到了11.4%，煅烧的浮选尾矿的总溶出率达到了9.19%，可知煅烧的尾矿的三氧化二铝和二氧化硅总的溶出率有显著的提高，重选尾矿的活性提高了近3倍、浮选尾矿总的活性提高近2倍. 也即是说，尾矿得到了有效活化.
从实验结果可以看出，对铁矿尾矿进行煅烧，不仅能提高铁矿尾矿的活性，同时通过煅烧-磁选获得的铁精矿可以收回使用，减少成本.
3.2　最佳配合比的研究
3.2.1　尾矿与建筑砂的掺量对蒸养砖抗压强度的影响　固定水泥、石膏以及水的用量，石膏掺量为总干物料质量的2 %，改变建筑砂与尾矿的相对掺量，物料先干混10 min，加水搅拌10 min，再陈化30 min. 在20 MPa的成型压力下成型. 样品先置于水泥砼标养箱中标养1 d，再置于90 ℃蒸养箱中蒸养1 d，最后于水泥砼标养箱中标养5 d，再取出测7 d抗压强度. 表2为建筑砂和尾矿配合比的设计图.

实验结果如图1所示，由图可以看出，在建筑砂掺量少于10%（质量分数，下同）时，样品的抗压强度逐渐增大，当河砂掺量达到10 时，样品的抗压强度达到最大，继续增加河沙用量时，样品的抗压强度呈现先降低再升高的趋势，当河砂掺量为25%时升高值达到最大，但是小于河砂掺量为10%时的强度. 出现上述现象的原因是：当河砂掺量为10%时，尾矿与建筑砂的空间级配最为合理，骨架中大的空隙被粒度较小的尾矿所填充，又因为煅烧过的尾矿具有火山灰活性，使骨架粘结的更为牢固，两者共同作用使蒸养砖强度达到最大. 由于再继续增大河沙用量就会减少尾矿用量，达不到循环经济的要求，而且成本会逐渐增加，没有经济效益. 图中误差棒表示抗压强度不确定度的大小，最大不确定度为0.85 MPa，最小不确定度为0.5 MPa，表示实验数据的可靠性牢固. 据此确定建筑砂的掺量为10 %，尾矿的掺量为80 %.

3.2.2　水泥用量对蒸养砖抗压强度的影响　确定骨料与尾矿的质量比为1∶8，水料比0.15，石膏掺量为总干物料的2 %，水泥用量分别是 4 %，7 %，8 %，10 %，13 %，16 %. 每组均按同样的总量配置，成型条件和养护条件同上. 养护至龄期测试其抗压强度结果如图2所示，由图可知：随着水泥掺量的增加，蒸养砖的抗压强度不断增加，但当水泥掺量为10%时，其抗压强度为15.24 MPa，已经达到非烧结砖强度等级MU15的国标要求. 图中误差棒表示抗压强度不确定度的大小，最大不确定度为0.45 MPa，最小不确定度为0.3 MPa，不确定度很小表明抗压强度可靠性很好. 因此确定水泥掺量为10%.
3.2.3　温度制度对蒸养砖学性能的影响　水泥、建筑砂与尾矿的质量比为1∶1∶8，水料比0.15，石膏掺量为总干物料的2%，成型方法同上. 将成型好的样品先标样1 d，再分别置于50 ℃，70 ℃，90 ℃的温度下蒸养1 d，最后再标养5 d，测养护后的样品抗压强度，结果如图3所示，知养护的温度并不是越高越好，温度越高，能耗越大. 图中误差棒表示抗压强度不确定度的大小，最大不确定度为0.61 MPa，最小不确定度为0.41 MPa，由图可知其抗压强度数值可靠性很好. 由于50 ℃已经基本合适，因此确定样品的养护温度为50 ℃.

3.2.4　最佳配合比　确定最佳配合比：水泥、建筑砂与尾矿的质量比为1∶1∶8，水料比0.15，石膏掺量为总干物料的2%. 成型条件是：先干混10 min，再湿混10 min，最后陈化30 min，成型压力为20 MPa. 养护条件是：脱模后先标养1 d，再置于50 ℃下蒸养1 d，再标养5 d.
3.3　蒸养砖的性能测试
采用上述最佳配合比制备蒸养砖，参照J/T422-2007［7］《非烧结垃圾尾矿砖》和GB/T4111-1997［8］《混凝土小型空心砌块试验方法》标准对蒸养砖的抗折抗压强度、干质量损失率、干燥收缩率、软化系数以及吸水率进行检验. 样品的各项性能检测结果如表3所示，从表中可以看出，制备的蒸养砖各项性能都能够达到相关要求. 与此同时，用干燥未煅烧的铁矿尾矿做对比实验，结果发现，使用干燥未煅烧的铁矿尾矿在相同条件下，所制备蒸养砖的抗压强度仅为5.34 MPa，而使用煅烧尾矿制备的蒸养砖，抗压强度达到了15.74 MPa. 当水泥掺量相同时，经静停初养，煅烧尾矿制备的坯体，其强度0.8 MPa，而用未经煅烧尾矿制备的坯体，其强度仅有0.3 MPa. 这两项试验说明，煅烧后的尾矿得到了显著活化，与未煅烧尾矿相比，在达到同等强度的条件下，制备建材可以减少水泥用量.
4　结　语
1） 通过煅烧活化后，磁选能够将重选尾矿、浮选尾矿中的铁含量分别降低39.41 %和45.10 %，分选出来的铁精矿的品位均在57%以上，可以回收利用，减低成本. 重选尾矿的活性提高了近3倍、磁选尾矿的活性提高近2倍.
2） 利用铁矿尾矿制备蒸养砖中，较理想的原料配比及工艺条件是：水泥、建筑砂与尾矿的质量比为1∶1∶8，水料比0.15，石膏掺量为总干物料的2%. 成型条件是：先干混10 min，再湿混10 min，最后陈化30 min，成型压力为20 MPa. 养护条件是：脱模后先标养1 d，再置于50 ℃下蒸养1 d，再标养5 d. 制备的蒸养砖各项性能都能达到相关的要求，与未煅烧尾矿相比，在达到同等强度的条件下，制备建材可以减少水泥用量.