铜尾矿在建筑陶瓷墙地砖生产中的应用

王保宝 李玉文

摘 要：铜尾矿又称铜尾砂，是铜矿石经粉碎、精选后剩下的细粉沙粒，因主要成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O等，且富含多种微量元素，适用于建筑陶瓷生产。本文介绍了利用铜尾矿生产建筑陶瓷墙地砖的生产实践和注意事项，为铜尾矿的综合利用提供参考。

关键词：铜尾矿；资源综合利用；生产应用；工艺方案

1应用背景

铜尾矿又称铜尾砂，是铜矿石经粉碎、精选后剩下的细粉沙粒。我国年铜尾矿产出量达3亿吨以上，并有数十亿吨的堆存，环境负荷不断增大。目前铜尾矿主要采用尾矿库堆存，只在井下充填、有价资源回收和建材领域制备多孔陶瓷材料、水泥混合材等方面取得一些进展，但利用总量远远赶不上排放速度。

山西中条山集团作为我国重要的铜生产基地之一、华北地区最大的铜联合企业，光是铜矿峪矿年产铜尾矿就达900万吨。因缺乏利用途径，尾矿只能排放到尾矿库，积存已达一亿余吨。中条山集团于2013年开始联合国内知名科研机构、专业院校进行了铜尾矿制陶项目研究，项目经小试、中试，建成了一条日产2.6万平米全抛釉地砖、一条日产3.5万平米内墙砖生产线，实现了铜尾矿综合利用制备建筑陶瓷产业化。

2  铜尾矿性质

2.1铜尾矿中的多种微量元素

铜尾矿中含有多种微量元素，主要化学成分如表1。

从表1中可以看出铜尾矿主要成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O等，比较符合建筑陶瓷生产需要，且微量元素众多，易于烧成。

2.2铜尾矿的主要矿物组成

2.3铜尾矿光谱分析结果

尾矿样的XRD衍射图谱见图1。从图中可以看出，铜尾矿主要由绢云母、绿泥石、石英、长石、方解石及少量磁铁矿等矿物组成。根据矿物衍射分析及成分分析，尾矿矿物成分适合作为陶瓷原料中的长石类和石英类原料。

3  应用工艺方案

3.1尾矿的输送及浓密

中条山集团尾矿采用湿排工艺，约20%浓度的尾矿浆用溜槽导流至尾矿库后，按照安全规范多点放矿排放堆存。因直接使用存在水分过高问题，工艺设计从溜槽截流用加压泵输送到厂区安装的浓密机，通过浓密机将尾矿浆浓密至50%～55%浓度，用计量泵计量入连续式球磨机制浆。但在实际应用中，浓密机效果达不到工艺稳定要求，且故障率高，配方波动较大。虽然采用了大储量浆池进行搅拌均化，效果仍不够理想。为彻底解决问题，陶瓷公司建设了两个大沉淀池，将尾矿浆沉淀、晾晒后，通过链板式喂料机准确计量喂料，解决了质量波动困扰。但此办法效率较低、成本偏高。

3.2烧成

中条山陶瓷公司两条生产线均采用宽体窑炉烧成，窑炉较长。铜尾矿中铁、钙、碱含量及微量元素较高，整体呈现低温特性，瓷砖坯体出现液相、软化时间较早，为保障砖型，必须对窑炉烧成曲线进行相应调整。一是整体下调烧成温度；二是根据窑炉内砖体变化，适当调低中温段温度；三是缩短低温区长度，适当延长中温氧化时间；四是降低瓷砖吸水率控制指标，地砖按照“双零低吸”进行控制。

4   应用效果及注意事项

4.1效果

经过不断摸索，铜尾矿的掺加量提高到30%，大幅节约了生产原料成本。

窑炉整体温度相比同类企业低15～20℃，大大节约了能耗。

地砖产品全部实现了“双零低吸”，提高了产品竞争力。

实现了“低温快烧”，更利于产量提高。

4.2注意事项

工艺设计方案中对尾矿处理环节至关重要，需要高度关注。建议尽量采用压滤机等干燥后，用计量称准确计量使用更为有利。

要对窑炉烧成曲线进行不断摸索，保障砖型稳定合格。

因为铜尾矿中铁含量高，坯体偏黑。除了可以从产品的吸水率等内在指标弥补，也可以选擇生产仿古砖、地铺石等对坯体白度要求不高的产品。

如果对采用高梯度的除铁设备对铜尾矿适当除铁，应用范围和效果可以更好。

5   结语

铜尾矿具有储量丰富、低价易得优势，且富含多种微量元素，具有极高的利用价值。目前研究主要仍集中在井下填埋、提取有价元素、用于水泥、陶瓷等领域，利用率较低。近年来国内外研究人员通过不断试验，在发泡陶瓷生产、尾矿制砂、预拌混凝土，甚至超高性能混凝土UHPC应用方面取得较大突破，相信在不久的将来，铜尾矿将不断扩大应用领域，提升附加值，真正实现“变废为宝”。