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1、镁渣综合利用及其高附加值应用的可行性报告XX 工业大学2021年1月 1 工程背景 镁渣是冶炼金属镁时产生的以硅酸盐矿物为主要成分的工业废渣。我 国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位，国际市 场上超过 50%的原镁由我国提供。近年来，随着我国硅热法炼镁的迅 猛开展，镁复原渣（简称镁渣）的产量越来越多，硅热法炼镁，以目前 的生产工艺和普遍的白云石矿物组成情况，每生产一吨镁将会产生大 概 6-7 吨的镁复原废渣，也就是说，我国每年产生了超过 500 万吨镁 复原废渣。如此大量的镁渣如果得不到有效利用，不仅是对资源的浪 费，而且占用了珍贵的土地资源，且堆放的镁渣在雨水淋洗下，氟的 溶
2、岀严重恶化周边生态环境。大量排放的镁废渣已成为影响和制约镁 行业开展的瓶颈，因此按照建立资源节约型和环境友好型社会的要 求，以及开展循环经济的理念，寻求一条消化利用镁渣的有效途径， 成为冶炼金属镁行业实现可持续开展和做强做大战略的重中之重。近年来，我国已有局部研究人员对镁渣的处理和应用进展了研究 和报道，但均集中在水泥生产的研究方面，先后对镁渣作为钙质原料 在水泥中的应用以及镁渣作为混合材在水泥中的应用进展了研究，对 利用镁渣制备建筑砌块的研究也有相关报道，但还不够深入、透彻； 国外对镁渣的利用研究寥寥无几。为加快综合利用镁渣的进程，提高 镁渣的利用规模，本工程立据于镁渣的特性，对镁渣的根本物
3、化性能 进展总结整理，力图从镁渣的体积膨胀性及膨胀滞后性进展专题研 究，为其在建筑材料以及作为脱硫剂在生产中的应用提供理论根底。2 镁渣的根本物化特性2.1 镁渣的产生金属镁的生产方法有两大类，即氯化熔盐电解法和热复原法皮 江法、硅热法。当前，西方兴旺国家已基木不进展对环境影响较大 的原镁的生产，而进展具有优良特性的镁合金的研究与开发。现有的 金属镁生产也是采用电解法工艺，而在我国几乎全部采用皮江法炼镁 生产。皮江法炼镁的原理：硅一般用75%Si 0合金在高温1100C27-1250C丨和真空13.3Pa-133.3Pa条件下，复原白云石中的氧化镁， 制得金属镁。皮江法在我国是上世纪 70 年
4、代研究成功的，相对于电解法炼镁 而言，该法具有投资小、上马快、复原温度较低、能利用多种热源、 镁厂的规模大小灵活等特点，加之有廉价的能源和硅铁、复原性能较 好的原料和廉价的劳动力，因此在我XX用皮江法炼镁可获得较高的 经济效益。镁渣是用皮江法提取金属镁后排出的废渣，冶炼1 吨金属镁，大 约产出 6.5-7.0 吨镁废渣。其生产原理和过程是：主要原料白云石、 硅铁复原剂、萤石助熔剂。往细磨的原料中添加 2.5%左右 的萤石，经混合后压成坚实的团块。生产方式为间歇式的，每个生产 周期大约为，可分为个步骤：1预热期：装料后，预热炉料，排除炉料中的二氧化碳与水分2低真空加热期：盖上蒸馏罐的盖子，在低真
5、空条件下加热；3高真空加热期：罐内真空度保持13.3Pa-133.3Pa,温度达12001左右，时间保持9h左右。由于外面水箱的冷却作用，钢套的温度大约250,镁蒸气冷凝在钢罐中的钢套上。最终切断真空，将盖子翻开，取岀冷凝着镁的钢套，蒸馏后的剩余物即为镁渣。主要化学反响为：CaCOj- MgCO3CaO+MgO+2CO2 f叱 Mgt+2Ca(m+的2MgO+2Ca0+Si(Fe)2Mg+2Ca 0. SiO2+(Fe)硅铁是一种混合物，它是铁和硅所组成的一种合金，也可以所成是铁和硅所组成的溶液，所以，硅铁并没有固定的化 学组成成分，铁与硅的比例可高可低，不同的组成有不同的用途，主要用于钢铁工
6、业。混合物是没有分子式的。下面 是硅铁的简介，供参考。硅铁简介：硅铁是以焦炭、钢屑、石英或硅石为原料，用电炉冶炼制成的。硅和氧很容易化合成二氧化硅。所以硅铁常用于 炼钢作脱氧剂，同时由于SIO2生成时放出大量的热，在脱氧同时，对提高钢水温度也是有利的。硅铁作为合金元素参 加剂。广泛用于低合金构造钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，以外硅铁在铁合金生产及化学工 业中，常用作复原剂。含硅量达95%99%。纯硅常用制造单晶硅或配制有色金属合金。冶炼硅铁是以焦炭、钢屑、石英或硅石为原料，用电炉冶炼制成的。钢铁英才网传统炼制硅铁时，是将硅从 含有SIO2的硅石中复原出来。冶炼硅铁大多使用冶
7、金XX复原剂，钢屑是硅铁的调节剂。生产一吨硅铁原料及电能消耗为： 硅石：1780-1850kg焦炭：890-930kg钢屑：220-230kg电极 糊: 45-55kg电耗: 8400-9000kwh/t应用硅铁在钢工业、铸造工业及其他工业生产中被广泛应用。硅铁是炼钢工业中必不可少的脱氧剂。炬钢中，硅铁用于沉淀脱氧和扩散脱氧。砖坯铁还作为合金剂用于炼 钢中。钢中添加一定数量的硅，能显著提高钢的强度、硬度和弹性，提高钢的磁导率，降低变压器钢的磁滞损耗。一 般钢中含硅0.15%-0.35%，构造钢中含硅0.40%1.75%,工具钢中含硅0.30%1.80%,弹簧钢中含硅0.40%2.80%, 不锈
8、耐酸钢中含硅3.40%4.00%，耐热钢中含硅1.00%3.00%,硅钢中含硅2%3%或更高。高硅硅铁或硅质合金在铁合金工业中用作生产低碳铁合金的复原剂。硅铁参加铸铁中可作球墨铸铁的孕育剂 且能阻止碳化物形成,促进石墨的析出和球化,改善铸铁性能。此外,硅铁粉在选矿工业中可作悬浮相使用,在焊条制造业中作焊条的涂料；高硅硅铁在电气工业中可用制 备半导体纯硅,在化学工业中可用于制造硅酮等。在炼钢工业中，每生产一吨钢大约消耗35kg75%硅铁。熔点：75SiFe为1300C本文由.qqywf.提供，原文地址：.qqywf./view/b_255917.html硅铁牌号：硅铁按硅及其杂质含量，分为十六个
9、牌号，其化学成分如下表：根据 GB2277-87牌号化学成分SiAlCaMnCrPSCX围不大于FeSi90AI1.587.0-95.01.50.50.40.20.040.020.2FeSi90AI387.0-95.03.00.50.40.20.040.020.2FeSi75AI10.5-A74.0-80.00.51.00.40.30.0350.020.1FeSi75AI10.5-B72.0-80.00.51.00.50.50.040.020.2FeSi75AI1.0-A74.0-80.01.01.00.40.30.0350.020.1FeSi75AI1.0-B72.0-80.01.51.00
10、.50.50.040.020.2FeSi75AI1.5-A74.0-80.01.51.00.40.30.0350.020.1FeSi75 AI1.5-B72.0-80.01.51.00.50.50.040.020.2FeSi75 AI12.0-A74.0-80.02.01.00.40.30.0350.020.1FeSi75 AI12.0-B74.0-80.02.01.00.40.30.040.020.1FeSi75 AI12.0-C72.0-80.02.00.50.50.040.020.2FeSi75-A74.0-80.00.40.30.0350.020.1FeSi75-B74.0-80.00
11、.40.30.040.020.1FeSi75-C72.0-80.00.50.50.040.020.2FeSi6565.0-72.00.60.50.040.02FeSi45 40.0-47.0-0.70.50.040.02物理状态:硅铁浇注厚度，FeSi75系列各牌号硅铁锭不得超过100毫米;FeSi65锭不得超过80毫米。硅的偏析不大于 4%。大粒度:50-350mm，中粒度:20-200mm, 小粒度:10100mm，最小粒度:10-50mm,其中小粒度占90%以上。本文由.qqywf.提供，原文地址：.qqywf./view/b_255917.html分子构造：Fe Si分子式:FeSi分
12、子量：83.93密度:g/cm3沸点： Cat760mmHg熔点：1410 C闪点：。C石英石英化学式为SiO2。在自然界中的石英石的主要成份为石英，常含有少量杂质成分, 如AI203, CaO, Mg0等，它有多种类型。日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩 砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等，水稻外壳灰也富含SiO2。石英外观常呈无色、白色、乳 白色、灰白半透明状态，莫氏硬度为7, 断面具玻璃光泽或脂肪光泽，比重因晶型而异，变 动于2. 222. 65之间。跟普通砂子、水晶是“同岀娘胎的一种物质。当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石;
13、 二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。蔷薇石英石英是非可塑性原料，其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度 和化学稳定性，并能增加坯体的半透明性，是配制白釉的良好原料。2.2镁渣的化学成分及矿物组成表1为XX地区某镁厂排岀镁渣的化学成分，镁渣外观颜色一般呈 灰白色，粉末状，含有局部块状小颗粒，也有局部镁渣为块状废渣。表1镁渣的化学组成CaOMgOFe 0Al 0 SiOLoss23232镁渣 52.167.094.701.9432.050.12综合文献调研中全国其他地区的镁渣成分，可以发现镁渣的主要成分为氧化钙和二氧化硅, CaO/SiO为1.5-2.5之间，
14、此比率是决定镁渣中硅酸盐矿物相组成2的重要因素；镁渣中氧化镁含量一般在7%以上，有的镁厂排出的镁 渣氧化镁含量高达25%。图1为镁渣的XRD图谱，从图中可知镁渣的主要矿物组成有y -CS、B-CS、MgO、CF、CF、FeO、CaF等。这主要是因为皮江法中2 2 2 2团块外侧的复原效率很高，能到达90%以上，其主要成分为B-CS,2而团块内部镁的复原效率通常小于85%，但凡复原效率到达85%的残 渣即B-CS，当温度由1200C降至时675C时，B-CS转变为y22-CS,此时体积膨胀10%左右，残渣全部粉化，而其细度相当于水泥2的细度，其色泽为灰色。Y -C2S口 B-C2S MgO CaF2.FeOD I10 20 30 40 50 60 70 802theta(deg.)图1镁渣的XRD图谱2.3 镁渣的放射性元素含量表2是相关文献中对镁渣放射性元素含量的报道，从表中可以看 岀，镁渣的放射性核元素含量低于粉煤灰。根据GB6763-2000?建筑材 料产品及建材用工业废渣放射性物质控制要求?中的规定，镁渣中的 放射性含量完全在限量X围之内Cra/370+Cth/260+Ck/4200 W1Bq kg-i ；Craw2
