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1、镁渣固体废弃物的综合运用摘要：近年来,国内镁冶炼行业迅速发展,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，如何有效合理地解决、开发运用镁渣，达到节省能源、节省资源、变废为宝和变害为利的目的,是目前迫切需要解决的问题。对近年来国内有关镁渣的研究应用状况进行全面的总结。核心词:镁渣；回收运用；资源节省;能源1引言随着金属材料消耗急剧上升，地球表壳的资源日趋贫化，诸多老式金属矿产趋于枯竭,加速开发镁金属材料是社会可持续发展的重要措施之一。由于金属镁密度小,能与铝铜锌等金属构成高强度合金；镁合金密度轻、导热导电性好、具有良好的阻尼减震和电磁屏蔽功能，并且易于加工成型和废料回收。镁和镁合
2、金正成为现代汽车、电子、通信等行业的首选材料,被誉为“世纪的绿色工程材料”1。随着世界金属镁消费需求的逐年增长，某些国家和地区甚至将金属镁作为战略物资加以储藏的形势下,由于环境和成本问题导致国外大量原镁生产公司关闭，这对全球镁生产格局产生了很大的变化。据中国有色金属协会镁业分会记录,截止年终，世界原镁产量77.43 万，中国的产量为65.93 万t， 年受国际金融危机冲击的影响，是中国镁行业经济运营状况最为困难的一年，其原镁产量为0.1 万t。然而,金属镁产业在国内高速发展的同步,也带来了一系列的环境问题。在国内生产金属镁时排出的工业废渣，诸多镁厂都是作为废物丢掉，特别是某些规模较小的生产公司
3、。随着镁渣的大量排放堆积,不仅占用了大量的土地资源,并且镁渣随着雨水的冲淋汇入江河湖泊对农作物和周边环境导致了极大的影响，严重危及到人类的身体健康及农作物的生长。每生产1 t金属镁大概排出810t左右的镁渣,以年国内原镁产量0.8 万为例，共生产工业镁渣500万t 左右，相称于两个日产8 000 t水泥厂一年水泥的产量。国内镁产业普遍存在生产规模小、高污染、高能耗、技术装备水平低及技术创新能力低等特点,如何充足运用镁渣成为制约国内镁产业发展的的一大主题。由于能源、资源、环保三方面的迫切需要,工业废渣再运用的研究成为可持续发展的战略目的之一2，也是业内专家学者的研究热点之一。目前对镁渣再运用的研
4、究重要集中在运用镁渣配料烧制水泥熟料和作为水泥活性混合材使用。但镁渣是一种具有潜在活性的工业废渣,掺入生料中煅烧水泥熟料并不能高效地运用,二次煅烧实属能源挥霍3；镁渣当作混合材使用并不能象矿渣那样规模化、产业化运用，并且在量和质上都无法和矿渣相比较。本文对如何合理运用镁渣的优势，使其变废为宝进行了较系统的研究，提出了多途径、零排放和可操作性强的运用方案,为镁渣的再运用提供了技术保障。2 镁渣的生成及特性2. 镁渣的生成镁渣是金属镁厂在炼镁过程中排放的固体废弃物。生产金属镁的工艺大体如下4:将白云石（MgCO3CaCO3）在回转窑中锻烧(煅烧温度为1 150 250 ），然后经研磨成粉后与硅铁粉
5、(含硅75%)和萤石粉（含氟化钙9%)混合、制球（制球压力9.829.4MPa，送入耐热钢还原罐内,在还原炉中以1 190 10的温度及330 P 真空条件下还原制取粗镁，再通过熔剂精炼、铸锭、表面解决，即得到金属镁锭,剩余的残渣即为镁渣。重要反映方程式为:MC3CaC3Mg+CaO+CO2MgO+CaOSi（)CaOSiO2+M从上面反映方程式可以看出，镁渣的重要成分是CaO，SO2,此外尚有未还原的MgO 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，而是有一种波动范畴。镁渣成分波动的范畴:CO 为50;SiO2为20%30；A12O为2%5：MgO为61%；e2O 约9%。而
6、硅酸盐水泥熟料构成的范畴：CaO 为66；SiO为20%24%；A12O3为4%；gO5%；e23为5%.%。2.2 镁渣的特性2.1 镁渣的胶凝特性由于镁渣的成分与硅酸盐水泥熟料构成的范畴:CO为62%68;iO为224%;A2O3为4%;MgO5%;FO3为25%6.%较相似。肖力光2等觉得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,决定于其构造的不稳定性，这种构造的不稳定性,或者是由于它是介稳的高温型构造；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限度的影响;或者上述几种因素兼而有之。由于上述因素,使结晶构造的有序度减少，因而使其稳
7、定性减少，水化反映能力增大。水泥熟料矿物具有水化活性的的另一种构造特性,是在晶体构造中存在着活性阳离子。构造中存在活性阳离子的因素或是由于不规则的配位和配位数的减少，或者是由于构造的变形，或者是由于它们在构造中电场分布的不均匀性,或者是上述因素兼而有之。因此阳离子处在活性状态,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,废渣产生后通过了急速冷却的过程,因此，镁渣内矿物是属于介稳的高温型构造,构造中存在活性的阳离子，因此镁渣自身具有很高的水化活性,可最后生成水化硅酸钙凝胶。镁渣的水化反映如下：COH2Ca(OH)2Ca（OH)2CO2CaCO3+2Oxa（O）2+i2mH2OxaOS2
8、nH2O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-S,i-S，1-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，在一定的p 值条件下，它们又将聚合成与原料的铝硅酸盐构造不同的新构造产物，碱胶凝材料具有胶凝性和固化性,并有特殊性能。水泥石构造大体是由未水化的水泥颗粒、水泥水化产物和孔隙三部分构成。水泥石构造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。若能变化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
9、诸多学者在这方面进行了相应的研究.再者就是谋求一种新的无机材料,在内部构造上可以与水泥有所不同,弥补水泥石在构成构造上的局限性。碱胶凝材料就是一种可以较好弥补水泥石在构造构成上局限性的材料。杨南如6等人的研究可知，水泥石三构成中对性能起作用的重要是水化物，而水化物恰恰是凝胶体和晶体所构成，只是后者是多种晶体，构造多样化。水泥石中CS- 凝胶虽是链状构造有一定的韧性，但它的链长并不拟定，甚至有的只有几种SiO4-四周体的结合，多数也许是聚合度较高的O44-,然而总不及高分子链长。一般觉得,水泥石组分是以分子键为主结合在一起，也就是水泥石中S 凝胶链的两端和边沿的离子及晶体不是以化学键相结合,或者
10、至少多数不是以化学键相结合，如果设想碱凝胶材料浆体构造具有类似于有机一无机杂化物的构造，就可以获得较好的性能.已有的报导都阐明，在碱矿渣水泥、碱矿渣-粉煤灰（赤泥）水泥中都具有C-S-H凝胶，并且Ca/Si 比较小，就是说它的链较长(iO4四周体聚合度较大),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-S 凝胶,而可以形成此外的凝胶,上述抱负的构造也可以形成。2.2.2 镁渣的膨胀特性崔自治等的研究成果表白：粒状渣中O 冷却慢，晶粒大，水化慢；fCaO 含量高，处在颗粒表层的CO 一方面熟化结晶，-CS也在表面发生水化反映，生成硅酸凝胶，这些生成物制止水向颗
11、粒内部渗入，可见颗粒粗是产生膨胀性危害和膨胀滞后性的一种重要因素。粉状渣，颗粒细，吸水性大，体积变化大，镁渣与水作用生成氨气,产生膨胀压力,引起体积膨胀。3 镁渣再运用的研究应用现状及存在问题.1 运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。研究表白,这种运用镁渣生产墙体材料的工艺简朴，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,产品质量符合有关原则。大部分公司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
12、屋面材料。山西省也进行了新型材料产业调节和振兴规划,引导公司发展符合国家产业政策的新型墙体材料,充足结合地区自然资源和固体废弃物特点。到 年,山西省新型墙体材料比例达到50%以上。3 运用金属镁渣制作矿化剂矿化剂是能增进或控制结晶化合物的形成或反映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映物作用而使晶格活化,从而增强反映能力,加速固相反映。镁渣是近年来开发的新型矿化剂，通过1 20左右的高温煅烧后的镁渣,具有一定的化学活性，可以减少晶体的成核势能,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
13、镁渣配比下的生料,研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。有研究表白:生料中加入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,运用镁渣替代部分萤石作矿化剂对减少生产成本,提高经济效益是十分明显的。.3 运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10，生产出的水泥质量较稳定，但是随着镁渣掺入量的增长，水泥初期强度有减少的趋势,凝结时间延长。因此当镁渣用作水泥生产的混合材时，应当满足国标的有关技术规定。331 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重要原料,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
14、较低,不能用于钢筋混凝土或构造混凝土,重要用于工业与民用建筑的砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土等。研究表白:镁渣的活性高于矿渣，易磨性比矿渣和熟料要好,运用炼镁废渣生产砌筑水泥，可以明显地提高水泥的活性，增长产量,减少水泥的生产能耗。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比例应不小于20,不超过0。运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（gO 质量分数约为4.0）1。需要注意的是运用镁
15、渣生产复合硅酸盐水泥，掺量范畴应满足水泥中方镁石含量的限制规定。.4 运用镁渣做脱硫剂由于循环流化床锅炉脱硫技术重要是运用氧化钙进行脱硫,而镁渣中氧化钙的质量分数在50左右,因此对镁渣进行脱硫性能的研究是故意义的。有研究表白：脱硫剂按5计，Ca/S摩尔比为3,则在相称条件下(粒径不不小于0.15 mm，0,(O)为5%,(SO2)为0.,N2 作为平衡气),估计脱硫效率可达76.512。分析成果得出脱硫效果重要与镁渣的粒径、孔隙率、脱硫温度等因素有关。粒径越小，孔隙率越高的镁渣，在合适的空气过量系数和温度下,可提高镁渣的脱硫效率。.5运用金属镁渣和粉煤灰为重要原料生产加气混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解决工业废渣、改善环境的抱负方案之一。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
