金矿尾矿是金矿石经选矿后产生的固体废弃物。随着黄金矿山开发规模的扩大,金矿尾矿的排放量在逐年增加。大量的金矿尾矿作为固体废弃物堆置于尾矿库中,不仅占用了大量土地,污染周围的环境,还会引起一系列的安全环保问题。在一次性资源日趋枯竭的今天,把金矿尾矿作为资源进行综合开发利用已成为当今的热点课题之一。本文以金矿尾矿为主料,粘土为辅料制备烧结砖,用作建筑材料。先是系统分析金矿尾矿及粘土的基本属性;然后,通过单因素试验确定金矿尾矿烧结砖的最佳烧制参数,并对金矿尾矿烧结砖的烧结过程及机理进行研究;最后,基于响应面法优化金矿尾矿烧结砖的烧制参数,获得最佳条件下性能良好的尾矿烧结砖成品。具体研究内容及取得成果如下:(1)金矿尾矿及粘土的基本属性研究。对从矿山现场采取的金矿尾矿的组成成分和物理力学性能的进行测试,发现金矿尾矿具有颗粒细、可塑性较好、硅和铝含量低、铁和钙含量高等特点。往金矿尾矿中添加适量的粘土,能有效地改善金矿尾矿用作制砖原料的条件,以达到利用金矿尾矿制备烧结砖的目的。(2)单因素条件下金矿尾矿烧结砖的烧制参数研究。通过单因素试验,研究了两种原料的配比、成型水分、烧结温度和保温时间对尾矿烧结砖性能的影响。试验结果表明,烧结砖的抗压强度、烧失重和体积密度随着粘土掺量、烧结时间和保温时间的增加不断增大,吸水率随着粘土掺量、烧结时间和保温时间的增加而逐渐减小。烧结砖的吸水率、烧失重和体积密度随成型水分的增加而逐渐增大。通过单因素试验,在尽量利用金矿尾矿的前提下,获得的金矿尾矿烧结砖的最佳烧制参数为:金矿尾矿:粘土(质量比)为7:3、成型水分25%、烧结温度1000℃、保温时间2h。(3)金矿尾矿烧结砖烧结过程及机理分析。利用差热分析(TG-DTA)、X射线衍射分析(XRD)等方法对尾矿烧结砖烧结过程及机理进行研究。TG-DTA结果表明,在烧结砖的烧制过程中,随着温度的升高,坯体中的结合水、结构水及结晶水随之排出;坯料部分矿物晶格重新形成新的结晶态物质。原料XRD图谱与尾矿烧结砖的XRD图谱对比分析,发现原料中的透长石、硫铁矿、蒙脱石和方解石在烧制过程中被分解,形成了新的矿物,即赤铁矿和钙长石。烧结砖中的主要矿物为:石英、钠长石、赤铁矿和钙长石。(4)基于响应面法优化金矿尾矿烧结砖的烧制参数的试验研究。以烧结砖的抗压强度和吸水率作为响应值,应用响应面法拟合金矿尾矿烧结砖的抗压强度和吸水率的回归模型。对模型进行显著性分析、方差分析及响应面图形的综合分析,验证模型的可靠性。试验结果表明,金矿尾矿烧结砖抗压强度和吸水率的回归模型拟合情况较好,具有较高的可靠性。通过响应面法优化后的最佳烧制参数为:粘土掺量34.09%、烧结温度1030℃、保温时间105min、成型水分24.56%。按照此参数烧制的尾矿烧结砖的抗压强度为22.73MPa,吸水率为13.52%,相比单因素试验,金矿尾矿烧结砖质量进一步得到了提升。