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1、湖南化工职业技术学院毕业论文题 目: 镁冶炼渣的处理研究进展和展望院系名称: 应用化学系 专业班级: 工业分析与检验 学生姓名: 何 坤 学 号: 201101011133 指导老师: 曹 慧 君 2013年 11 月 11 日摘 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。本论文对近年来我国有关镁渣的研究应用情况进行全面的总结。如：利用镁渣制作新型墙体材料、利用金属镁渣制作矿化剂、利用镁渣生产建筑水泥、利用镁渣做脱硫剂、利用金属镁渣和
2、粉煤灰为主要原料生产加气混凝土、镁渣应用于混凝土膨胀剂、利用镁渣研制环保陶瓷滤料、镁渣作为路用才料、利用镁渣改善沥青粘结性等。关键词：镁渣；回收利用；资源节约；能源Title ： Research progress and Prospect of treatment of magnesium smelting slagAbstractIn recent years, the rapid development of Chinas magnesium smelting industry, along with the increase of the original magnesium and
3、magnesium alloy production, emission of magnesium slag is also growing, processing, how to effectively and reasonably development and utilization of magnesium slag, energy and resource saving, waste to treasure and change for good purposes, is the urgent need to resolve the problem. In recent years,
4、 research and application of Chinas magnesium slag are summarized comprehensively. Such as: Production of new wall material using magnesium slag, Making use of metal magnesium slag as mineralizer, The production of magnesium slag cement, As the sorbent utilization of magnesium slag,As the main raw m
5、aterial for the production of aerated concrete, magnesium slag used in concrete expansive agent, using magnesium slag to produce environmental ceramic filter using metal magnesium slag and fly ash,Magnesium slag as road material, asphalt adhesion utilization of magnesium slag.Key words Magnesium sla
6、g; recycling; energy resources;目 录1 引 言52镁渣的生成及特性62.1镁渣的生成62.2镁渣的特性63 镁渣再利用的研究应用现状及存在问题93.1利用镁渣制作新型墙体材料93.2利用金属镁渣制作矿化剂93.3利用镁渣生产建筑水泥93.4利用镁渣做脱硫剂103.5利用金属镁渣和粉煤灰为主要原料生产加气混凝土103.6镁渣应用于混凝土膨胀剂113.7利用镁渣研制环保陶瓷滤料113.8镁渣作为路用材料123.9利用镁渣改善沥青粘结性124 镁渣在国内的研究状况134.1国内对镁渣的研究134.2镁渣做水泥混合材的研究134.3镁渣配料做硅酸盐水泥熟料的研究134.
7、4镁渣作为墙体材料的研究134.5国外镁渣的研究情况14结论15致谢16参考文献17 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，很多传统金属矿产趋于枯竭，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，而且易于加工成型和废料回收。镁和镁合金正成为现代汽车、电子、通信等行业的首选材料，被誉为“21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，一些国家和地区甚至将金属镁作为战略物资加以储备的形势下，由于环境和成本问题导致国外大量原镁生产企业关闭，这对全球镁
8、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统计，截止2007年底，世界原镁产量77.43万t，中国的产量为65.93万t，2009年受国际金融危机冲击的影响，是中国镁行业经济运行状况最为困难的一年，其原镁产量为50.18万t。然而，金属镁产业在我国高速发展的同时，也带来了一系列的环境问题。在我国生产金属镁时排出的工业废渣，很多镁厂都是作为废物丢掉，尤其是一些规模较小的生产企业。随着镁渣的大量排放堆积，不但占用了大量的土地资源，而且镁渣随着雨水的冲淋汇入江河湖泊对农作物和周围环境造成了极大的影响，严重危及到人类的身体健康及农作物的生长。每生产1t金属镁大约排出810t左右的镁渣，以20
9、09年我国原镁产量50.18万t为例，共生产工业镁渣500万的吨左右，相当于两个日产8000t水泥厂一年水泥的产量。我国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，如何充分利用镁渣成为制约我国镁产业发展的的一大主题。由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，工业废渣再利用的研究成为可持续发展的战略目标之一2，也是业内专家学者的研究热点之一。目前对镁渣再利用的研究主要集中在利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利用，二次煅烧实属能源浪费3；镁渣当作混合材使用并不能象矿渣那样规模化
10、、产业化利用，而且在量和质上都无法和矿渣相比较。本文对如何合理利用镁渣的优势，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利用方案，为镁渣的再利用提供了技术保障。2 镁渣的生成及特性2.1 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致如下4：将白云石（MgCO3CaCO3）在回转窑中锻烧（煅烧温度为11501250），然后经研磨成粉后与硅铁粉（含硅75%）和萤石粉（含氟化钙95%）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11901210的温度及1.3310Pa真空条件下还原制取粗镁，再经过熔剂精炼、铸锭、表面
11、处理，即得到金属镁锭，剩余的残渣即为镁渣。主要反应方程式为：MgCO3CaCO3MgO+CaO+CO2MgO+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%2。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%。2.2 镁渣的特性2.
12、2.1 镁渣的胶凝特性渣的成分与硅酸盐水泥熟料组成的范围：CaO为62%68%；SiO220%24%；A12O3为4%7%；MgO5%；Fe2O3为2.5%6.5%较相似。肖力光2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
13、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+H2OCa（OH）2Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2OxCa（OH）2+SiO2+mH2OxCaOSiO2nH2O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
14、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，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
15、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、碱矿渣-粉煤灰
