镁渣固体废弃物的综合利用

《镁渣固体废弃物的综合利用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镁渣固体废弃物的综合利用（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、镁渣固体废弃物的综合利用镁渣固体废弃物的综合利用镁渣固体废弃物的综合利用摘要：近年来，我国镁冶炼行业快速发展，随着原镁和镁合金年 产量的逐年增高，排放出来的镁渣也越来越多，如何有效合理地处 理、开发利用镁渣，达到节约能源、节约资源、变废为宝和变害为 利的目的，是当前迫切需要解决的问题。对近年来我国有关镁渣的 研究应用情况进行全面的总结。关键词：镁渣；回收利用；资源节 约；能源1引言2镁渣的生成及特性2.1镁渣的生成MgCO3CaCO3MgO+CaO+CO2fMgO+CaO+Si (Fe)-CaOSiO2+Mg从上面反应方程式可以看出，镁渣的主要成分是CaO, SiO2，此 外还有未还原的MgO

2、等。由于各镁厂生产条件及工艺差别，镁渣的 成分并不是固定的，而是有一个波动范围。镁渣成分波动的范围： CaO 为 40%50%； SiO2 为 20%30%； A12O3 为 2%5%： MgO 为 6%10%； Fe2O3约9%。而硅酸盐水泥熟料组成的范围：CaO为62%68%； SiO2 为 20%24%； A12O3 为 4%7%； MgO5%； Fe2O3 为 2.5%6.5%。 422.2镁渣的特性2.2.1镁渣的胶凝特性由于镁渣的成分与硅酸盐水泥熟料组成的范围：CaO为62%68%； SiO2 为 20%24%； A12O3 为 4%7%； MgO5%； Fe2O3 为 2.5%6

3、.5%较相似。肖力光等认为镁渣完全可以作为胶凝材料使用。水泥熟料矿 物的水化活性，决定于其结构的.不稳定性，这种结构的不稳定性， 或者是由于它是介稳的高温型结构；或者是由于在矿物中形成了有 限的固溶体；或者是由于微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到 某种程度的影响；或者上述几种原因兼而有之。由于上述原因，使结晶结构的有序度降低，因而使其稳定性降低， 水化反应能力增大。水泥熟料矿物具有水化活性的的另一个结构特 征，是在晶体结构中存在着活性阳离子。结构中存在活性阳离子的 原因或是由于不规则的配位和配位数的降低，或者是由于结构的变 形，或者是由于它们在结构中电场分布的不均匀性，或者是上述原 因兼而有

4、之。因此阳离子处于活性状态，即价键不饱和状态5。镁 渣是生产金属镁时排出的工业废渣，废渣产生后经过了急速冷却的 过程，所以，镁渣内矿物是属于介稳的高温型结构，结构中存在活 性的阳离子，所以镁渣本身具有很高的水化活性，可最后生成水化 硅酸钙凝胶。镁渣的水化反应如下：CaO+H2O-Ca(OH)2Ca (OH)2+CO2-CaCO3+H2OxCa (OH)2+SiO2+mH2O-xCaOSiO2nH2O碱胶凝材料在其水化过程及形成胶凝性的硬化体，是原料中铝硅 酸盐玻璃体中高聚合度的A1-O-Si，Si-O-Si，A1-O-A1等共价键受 OH-离子作用而断裂，产生了聚合度较小的离子团或是单离子团，

5、在 一定的pH值条件下，它们又将聚合成与原料的铝硅酸盐结构不同的 新结构产物，碱胶凝材料具有胶凝性和固化性，并有特殊性能。水 泥石结构大体是由未水化的水泥颗粒、水泥水化产物和孔隙三部分 组成。水泥石结构中各组分是以分子键结合，这使得水泥石的各项 性能受到了相应的影响，如抗冻性、抗裂性、抗渗性等。若能改变 水泥石中各成分之间的结合形式，则能大大改善水泥石各项性能， 如在水泥石中加入有机材料，制成有机无机复合材料，国内外已有 诸多学者在这方面进行了相应的研究.再者就是寻求一种新的无机材 料，在内部结构上能够与水泥有所不同，弥补水泥石在组成结构上的不足。碱胶凝材料就是一种能够很好弥补水泥石在结构组成

6、上不 足的材料。杨南如6等人的研究可知，水泥石三组成中对性能起作用的主 要是水化物，而水化物恰恰是凝胶体和晶体所组成，只是后者是多 种晶体，结构多样化。水泥石中C-S-H凝胶虽是链状结构有一定的 韧性，但它的链长并不确定，甚至有的只有几个SiO44 -四面体的 结合，多数可能是聚合度较高的SiO44-，然而总不及高分子链长。 一般认为，水泥石组分是以分子键为主结合在一起，也就是水泥石 中C-S-H凝胶链的两端和边缘的离子及晶体不是以化学键相结合， 或者至少多数不是以化学键相结合，如果设想碱凝胶材料浆体结构 具有类似于有机一无机杂化物的结构，就可以获得较好的性能.已有 的报导都说明，在碱矿渣水泥

7、、碱矿渣-粉煤灰（赤泥）水泥中都含 有C-S-H凝胶，而且Ca/Si比较小，就是说它的链较长（SiO44- 四面体聚合度较大），硬化的浆体中也有一定的晶体，是铝硅酸盐 类。另一方面，如果碱激发胶凝材料中不存在C-S-H凝胶，而可以 形成另外的凝胶，上述理想的结构也可以形成。2.2.2镁渣的膨胀特性崔自治7等的研究结果表明：粒状渣中MgO冷却慢，晶粒大， 水化慢；f-CaO含量高，处于颗粒表层的CaO首先熟化结晶，B- C2S也在表面发生水化反应，生成硅酸凝胶，这些生成物阻止水向 颗粒内部渗透，可见颗粒粗是产生膨胀性危害和膨胀滞后性的一个 重要原因。粉状渣，颗粒细，吸水性大，体积变化大，镁渣与水

8、作 用生成氨气，产生膨胀压力，引起体积膨胀。23镁渣再利用的研究应用现状及存在问题3.1利用镁渣制作新型墙体材料在国内，已有研究报道将镁渣直接与磨细的矿渣，按照一定比例 混合8，添加复合激发剂，配制胶结料。研究表明，这种利用镁渣生产墙体材料的工艺简单，成本低 廉，节省能源，并且这种金属镁渣生产出的胶结材具有良好的胶凝 性能，制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，产品质量符合 相关标准。大部分企业只是单一地应用镁渣材料制砖，其实还可以 在镁渣中掺入一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制 成屋面材料。山西省也进行了新型材料产业调整和振兴规划，引导企业发展符 合国家产业政策的新型墙体材料，

9、充分结合地区自然资源和固体废 弃物特点。到2011年，山西省新型墙体材料比例达到50%以上。3.2利用金属镁渣制作矿化剂矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的 物质。在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧 的少量外加剂。加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化， 从而增强反应能力，加速固相反应。镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1200C左右的高温煅烧 后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导 晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗9。 因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度 较高的配方。有研究表明：生料中

10、加入10%左右的镁渣，煅烧时可 以起到良好的矿化效果。镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分 萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。3.3利用镁渣生产建筑水泥镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材标准的相关技术要求。3.3.1生产砌筑水泥砌筑水泥是由一种或一种以上的活性混合材料或具有水硬性的工 业废料为主要原料，加入适量的硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制 成的水硬性胶凝材料。这种水泥强度较低，不能用于钢筋混凝土或 结构混凝土，主要用于工业与民用建筑的砌筑和抹面砂浆、垫层混 凝土等。研究表明：镁渣的活性高于矿渣，易磨性比矿渣和熟料要 好，利用炼镁废渣生产砌筑水泥，可以明显地提高水泥的

11、活性，增 加产量，降低水泥的生产能耗。3.3.2生产复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混 合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水 泥。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20%，不超过 50%。利用镁渣生产复合硅酸盐水泥的原理是在水泥生料中加入炼镁废 渣，煅烧成硅酸盐水泥熟料后，再加入适量镁渣等掺料，磨细制得 复合水泥（MgO质量分数约为4.0%）硅酸盐水泥，掺量范围应满足水泥中方镁石含量的限制要求。11 10，生产出的水泥质量较稳定，但是随着镁渣掺入量 的增加，水泥早期强度有降低的趋势，凝结时间延长。因此当镁渣 用作水泥生产的混合材时

12、，应该满足国家。需要注意的是利用镁渣 生产复合3.4利用镁渣做脱硫剂由于循环流化床锅炉脱硫技术主要是利用氧化钙进行脱硫，而镁 渣中氧化钙的质量分数在50%左右，所以对镁渣进行脱硫性能的研 究是有意义的。有研究表明：脱硫剂按25.5%计，Ca/S摩尔比为3, 则在相当条件下（粒径小于0.105mm，900C，e（02）为5%，少 （SO2）为0.2%，N2作为平衡气），预计脱硫效率可达76.5%12 。分析结果得出脱硫效果主要与镁渣的粒径、孔隙率、脱 硫温度等因素有关。粒径越小，孔隙率越高的镁渣，在适当的空气 过量系数和温度下，可提高镁渣的脱硫效率。3.5利用金属镁渣和粉煤灰为主要原料生产加气混

13、凝土镁渣属钙质材料，粉煤灰属硅质材料，都属于固体工业废渣，性 能互补，在水热合成和激发的条件下，它们的活性可以激发出来，用以生产硅酸盐混凝土，在水化过程中可以抵消部分体积不稳定引 起的变形。因此加气混凝土生产工艺和还原渣综合治理结合是镁生产厂家处 理工业废渣、改善环境的理想方案之一。加气混凝土生产所用原材料为粉煤灰、还原渣、硫酸钙、铝粉和 气泡稳定剂等，经大量实验分析，CaO/SiO2质量比、硫酸钙的掺量是主要方面，配合比范围为粉煤灰 60%71%；还原渣25%35%；硫酸钙2%5%；铝粉 0.04%0.06%；气泡稳定剂0.01%0.2%13。3.6镁渣应用于混凝土膨胀剂崔自治等7 通过镁渣

14、形成过程、组成、粉化、颗粒分析和安定 性试验找出了镁渣体积膨胀性和膨胀滞后性的机理，镁渣颗粒粗以 及f-CaO和MgO含量高是产生膨胀性危害和膨胀滞后性的主要原因; 实际生产应用中可以通过磨细粒状渣、掺加其他活性掺合料、充分 陈伏、添加引气剂、加快出罐冷却速度等方法来减轻镁渣膨胀带来 的危害。南峰等14 采用镁渣及其激发剂配制混凝土膨胀剂，并按 照混凝土膨胀剂标准测试限制膨胀率及胶砂试件强度，结果表明， 单独使用镁渣制备混凝土膨胀剂，水中养护7d的限制膨胀率达不到 JC476-2001标准0.025%的要求，添加激发剂后可以显著提高镁渣的 早期膨胀性能，并且各龄期的限制膨胀率及强度均符合混凝土

15、膨胀 剂的标准要求。3.7利用镁渣研制环保陶瓷滤料3.8镁渣作为路用材料张习贤等16对镁渣作为路用材料进行了室内试验，得出镁矿渣 掺加5%石灰或2%水泥稳定土，完全可以用做高级或者次高级路面的 基层，镁矿渣经过球磨机或其他工艺磨碎后，其路用效果会更好， 细度应小于0.9mm为宜，在随后进一步铺筑试验路的检验中，证明 镁矿渣稳定土有很好的路用技术性能。镁渣可作为良好的路用材料在于镁矿渣中钙镁的含量很高，且具有比较高的活性，在基层中与 土反应，生成不溶性含水硅酸钙与含水铝酸钙，呈凝胶状态或纤维 状结晶体，使混合料颗粒之间的联结和粘结力加强，随着龄期的增 长，这些水化物日益增多，使镁矿渣混合料基层获

16、得越来越大的抵 抗荷载作用的能力。3.9利用镁渣改善沥青粘结性杜强等17 研究了镁渣对沥青常规指标的影响，结果表明，粉胶 比对改性沥青性能的影响最显著，其次是镁渣取代率，最后是细度。 崔永成等18运用直剪试验方法，将镁渣与水泥、粉煤灰分别复合， 分析研究复合比对沥青粘结性的影响规律，探讨相互作用机理，通 过试验研究发现，镁渣与粉煤灰复合可以提高沥青的温度稳定性， 沥青的粘性略有降低，总体上抵抗剪切变形和剪切破坏的能力提高； 镁渣与水泥复合沥青胶浆的粘聚力减小，适当的水泥可以改善沥青胶浆的高温性质， 而水泥过多则不利。4结语镁渣是生产金属镁时排放的工业废渣，产量大、污染环境，我们 应开展镁渣的资源综合利用技术研究