铁尾矿砂 - 北京建筑材料检验中心

《尾矿砂》国家标准编制说明（一）工作简况1. 任务来源根据国家标准化管理委员会国标综合［2008］154号文件《关于下达2008年第三批国家标准制修订计划的通知》，国家标准《尾矿砂》列入此编制计划。

标准由北京市建筑材料质量监督检验站组织有关单位起草。

2. 本标准主要起草单位主编单位——北京市建筑材料质量监督检验站参编单位（排名不分先后）——北京建筑材料科学研究总院有限公司北京建筑工程学院北京新航建材集团有限公司枣庄中联混凝土有限公司丰宁三赢工贸有限公司同济大学北京金隅混凝土有限公司中国矿业大学（北京）北京首云矿业股份有限公司北京威克冶金有限责任公司3. 标准编制的意义和必要性矿产资源是人类发展和生存极为重要的物质基础之一，其主要特点是不可再生性和短期不可替代性。

随着矿产资源的大量开发和利用，矿石日益贫乏，而尾矿作为二次资源再利用越来越受到世界各国的重视。

目前我国尾矿利用率很低，矿山尾矿占工业固体废物的30%，但其利用率仅为7%。

目前国内已积存大量的采矿尾矿，严重污染环境，占用土地资源。

其中铁矿采选后产生的铁尾矿堆积现象尤为严重。

铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经过选取铁精矿后的剩余废渣，除了少量金属组分外，其主要矿物组分是脉石矿物如石英、辉石、长石、石榴石、角闪石及其蚀变矿物。

其化学成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，另外还含有少量K2O、Na2O及S、P等元素。

我国铁矿资源嵌布粒度细，一般需经二段磨矿，少数三段磨矿，因此除预选抛出部分粗尾矿外，大部分排出和堆存的尾矿粒度较细，一般尾矿粒度在0.074mm以下的占50%～75%。

铁尾矿一般细度模数在0.8～2.2，细粉多为石粉，因含一定量的铁相矿物及其他微量金属矿物，容重稍重于天然砂，化学性质稳定。

目前，确定尾矿砂是否符合建筑用细骨料的要求，以及这些差异对混凝土或砂浆的工作性、强度和耐久性能的影响，主要参照国标GB/T 14684-2011《建设用砂》中Ⅱ类指标、建材行业标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中C30～C55和<C25指标要求以及GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料的各项指标来进行判断，但这些标准对铁尾矿砂的相关性能指标并未做出说明。

显然，鉴于铁尾矿砂特殊的矿物组成以及特殊的杂质种类和含量，很难用现有的标准作为其是否能应用于混凝土或砂浆的衡量准则。

因此，急需针对铁尾矿砂编制新的标准，对矿山企业进行指导，以促进铁尾矿化废为宝，为企业解决堆存难题的同时创造经济效益。

另一方面，面对河砂资源的日益枯竭，很多建材企业都采用机制砂来取代天然河砂，但机制砂属于中粗砂，级配中缺少细粒径的颗粒，在使用中会引起混凝土施工性能差等问题。

铁尾矿经处理后尾矿砂属于细砂或特细砂范畴，可填补机制砂中细颗粒的缺失。

通过走访一些建材企业，我们发现了铁尾矿砂在使用中的一些问题。

较为普遍的是性能不够稳定，前一批料和后一批料的使用效果差距很明显。

而目前，国内没有相应的标准对铁尾矿砂的性能进行说明，如混凝土搅拌站对于铁尾矿砂的品质缺少检测的依据。

这些因素很大程度也阻碍了铁尾矿砂在建设工程中的应用和推广。

综上所述，鉴于矿山企业的铁尾矿堆存处理问题和建材企业对细骨料的需求问题，急需要国家出台相应的标准对铁尾矿砂进行说明和规范。

4. 主要工作过程2009年4月在北京召开《尾矿砂》国家标准启动会，参加会议的单位主要有生产企业、科研单位、高等院校、质检机构等。

会上对铁尾矿砂的生产、应用情况及相关标准进行交流，最后成立编写小组，初步明确了目标任务，确定了编写技术方案与分工，制定了工作进度计划，并安排了调研和验证试验的分工。

2009年4月～2011年7月进行大量验证试验。

收集了大量国内外相关标准，开展验证试验工作。

样品主要来自北京周边、山东枣庄、大连、安徽马鞍山等铁矿石生产企业，参与试验工作的主要有各生产企业、北京建筑材料质量监督检验站和北京建筑工程学院等。

根据前阶段的验证试验，起草征求意见稿，并广泛征求北京市有关生产、科研设计、施工单位、质检机构、用户的意见。

2011年8月在北京召开《尾矿砂》国家标准第二次工作会议，会议邀请了各参编企业、科研单位、高等院校和质检机构等。

会议对前期试验工作进行了总结，并对征求意见稿提出修改意见，确定了补充试验计划，提出了下一步工作开展的计划。

补充试验的混凝土试验部分主要由北京建筑材料质量监督检验站和北京建筑工程学院完成，原材料性能分析主要在北京建筑材料质量监督检验站完成。

2012年1月，根据前期的试验工作和专家讨论，形成了《尾矿砂》国家标准的初稿和编制说明。

2月组织了《尾矿砂》国家标准第三次工作会议，邀请了各参编单位以及业内专家，会上就初稿内容逐条进行了讨论研究，并将初稿送相关专家初步征求意见。

3月～8月，根据专家意见对《尾矿砂》国家标准初稿进行了6次修改并提交专家征求意见。

（二）制定依据1. 国内相关产品的国家标准；2. 国内主要生产企业产品的试验验证结果；3. 试验方法采用现行的国家标准，以提高本标准的科学性、可比性与可操作性。

（三）《铁尾矿砂》国家标准的主要内容及相关说明1. 标准名称本标准主要对铁尾矿砂在混凝土及其制品和预拌砂浆中的应用进行规范和定义。

铁尾矿砂的物理特性虽大部分满足特细砂的性能指标，但仍有少部分铁尾矿属于细砂的范畴，为了保证标准的全面性和针对性，计划申请的标准名称为：“铁尾矿砂”。

2. 范围近年的研究发现，在混凝土和砂浆中掺入部分铁尾矿砂取得的技术经济效果十分良好，这表明铁尾矿砂完全可作为骨料在混凝土及其制品和预拌砂浆中使用。

本标准中规定的铁尾矿砂适用于建设工程中混凝土及其制品和预拌砂浆用砂。

3. 术语和定义本标准涵盖了现有《建设用砂》绝大部分术语和定义，另外还规定了铁尾矿是指铁矿开采出的矿砂磨细后，经选矿厂选出有价值的精矿后产生的废渣。

铁尾矿砂属于机制砂的一种，多为细砂或特细砂，细度模数在0.8～2.2之间，细粉多为石粉。

金属铁的定义参考YB/T 804-1995《钢铁渣处理及利用技术术语》。

4. 规格铁尾矿是经过破碎磨矿分选后的沉淀物。

通过对各地不同来源的铁尾矿砂进行的试验分析表明铁尾矿砂细度模数在0.8～2.2之间，多属于细砂和特细砂。

因此在本标准主要针对细砂和特细砂在混凝土及其制品和干拌砂浆中的应用进行规范和定义。

5. 技术要求本标准拟定对以下技术指标进行要求：颗粒级配、石粉含量、泥块含量、有害物质、坚固性、表观密度、碱集料反应和磁性铁含量。

项目的合理性及其指标要求通过编制会议进行研讨和验证试验获得。

（1）颗粒级配颗粒级配对新拌砂浆和新拌混凝土的工作性能和硬化后期的服役情况都有很大影响。

“颗粒级配”是建设用骨料的基本性能指标，必须加以规定限制。

收集来自全国各地的铁尾矿样品，试验发现铁尾矿砂的细度模数基本在0.8～2.2范围内，可以分为细砂和特细砂。

本标准中，细砂的颗粒级配直接引用GB/T 14684-2011《建设用砂》中细砂的要求；特细砂的指标要求是依据大量试验数据以及相关文献资料确定的。

（2）石粉含量天然砂中如含有石粉，在一定程度上会改善新拌砂浆和新拌混凝土的和易性和工作性。

粉体含量高可以使铁尾矿砂的比表面积增大，提高砂浆和混凝土的保水性。

颗粒中细小的球形颗粒会产生滚珠效应，这对改善砂浆和混凝土的和易性是有利的。

但石粉含量过高会对砂浆的收缩、强度将有很不利的影响。

从发挥骨料优化协同砂浆和混凝土的工作性和耐久性的作用角度考虑，对铁尾矿砂的石粉含量进行限定是十分有必要的。

经调研，我国有省份从70年代开始研究使用机制砂。

使用中发现，当机制砂中石粉含量在30%以下时，对中、低等级混凝土的抗压和抗拉强度无影响，对C50级混凝土强度的影响也很小，收缩与采用河砂的混凝土接近。

德国标准中规定小于0.063mm的石粉含量为4%～22%。

经试验研究发现，将石粉含量为0～20% 的铁尾矿砂与32.5级普通硅酸盐水泥配制成不同灰砂比的砂浆，灰砂比为1:1和1:2.5时，石粉在砂浆中主要起惰性填充的作用。

随石粉含量的增加，砂浆稠度有一定程度下降，而抗压强度无明显变化。

当灰砂比为1:4时，石粉在砂浆中起微细填料作用，随着石粉含量的增加，砂浆中的细粉总量增加，砂浆的保水性和稠度改善，同时泌水性降低，密实度增加，抗压强度还能有20%左右的提高。

GB/T 14684-2011《建设用砂》中采用亚甲蓝（MB值）试验法检验机制砂中的粉体含量，本标准也采用此方法检验铁尾矿砂中的粉体含量。

MB值合格（≤1.4）时，石粉含量不超过15%；MB值不合格（＞1.4）时，石粉含量不超过5.0%。

考虑到铁尾矿砂在混凝土中应用时，多数情况下是和细度较粗的其他细骨料混合使用，其中所含石粉占细骨料比例会降低，所以，标准中规定可根据使用地区和用途，进行试验验证后，由供需双方协商确定石粉含量。

（3）泥块含量砂中的泥块对混凝土和砂浆的抗压、抗渗、抗冻及收缩等性能均有不同程度的影响。

此外，泥块还会对水泥产生隔离作用，影响水泥粘结力，因此需对泥铁尾矿砂中的泥块含量进行严格限定。

《建设用砂》中限定无论MB值≤1.4或快速法试验合格，还是MB值＞1.4或快速法试验不合格时，Ⅰ类砂的泥块含量为0，Ⅱ类砂的泥块含量≤1.0%，Ⅲ类砂的泥块含量≤2.0%。

根据铁尾矿的实际情况及实际使用情况，本标准中对泥块含量的限定符合《建设用砂》中Ⅲ类砂的规定，即限定泥块含量≤2.0%。

（4）有害物质砂中的有害物质严重影响砂浆和混凝土的耐久性，且会对建筑施工和使用中的人体带来危害，因此，必须对这些参数进行限定。

本标准中对有害杂质含量的限定符合《建设用砂》中Ⅲ类砂的规定。

（5）坚固性砂的坚固性会影响砂浆和混凝土的强度和耐久性，这一技术指标的限定在尾矿砂的应用中是不可缺少的。

本标准中对铁尾矿砂的坚固性采用《建设用砂》标准中的规定，分为硫酸钠溶液法和压碎指标。

采用硫酸钠溶液法时，质量损失应不大于10%；压碎指标应不大于30%。

此规定符合《建设用砂》中Ⅲ类砂的规定。

（6）表观密度砂的表观密度在设计砂浆和混凝土配方时是不可缺少的参数，且这些参数直接关系到其配制的砂浆和混凝土的体积密度，并将间接影响到砂浆和混凝土的长期性能。

因此这些参数的限定是必需的。

根据大量的试验数据，显示铁尾矿砂的表观密度范围大多集中在2 700kg/m3以上，大于一般机制砂的表观密度，为了控制铁尾矿砂中较轻成分的影响，本标准规定铁尾矿砂的表观密度应不低于2 700 kg/m3。

（7）金属铁含量铁含量过高，会导致砂浆和混凝土产生膨胀，对其质量产生一定影响。

此外，由于铁矿石种类和选矿工艺的不同，部分铁尾矿中金属铁含量较高。