鎂渣的特性與綜合利用策略,冶金工程論文

鎂渣的特性與綜合利用策略,冶金工程論文內(nèi)容摘要：皮江煉鎂生產(chǎn)的工業(yè)廢渣大量堆積，給環(huán)境帶來(lái)了宏大的負(fù)面影響。隨著環(huán)保的戰(zhàn)略發(fā)展，鎂渣資源化、再利用已成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。本文綜述了鎂渣的生成及特性，分析了當(dāng)前鎂渣的綜合利用現(xiàn)在狀況，并對(duì)鎂渣應(yīng)用進(jìn)行了瞻望。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：皮江煉鎂;廢渣;綜合利用;現(xiàn)在狀況;瞻望;ApplicationStatusandProspectofMagnesiumSlagbyPidgeonProcessGuoLinaZhaoJingLiXiangpingLiShenghuCollegaofMaterialsScienceandEngineering,TaiyuanUniversityofTechnologyAbstract：Magnesiumslaggeneratedbypidgeonprocesswasnumericallycumulated.whichhasgreatnegativeimpactontheenvironment.Withthestrategicdevelopmentofenvironmentalprotection,magnesiumslagutilizationhasbeenaproblemtoberesolvedimmediately.Inthispaper,thegenerationmechanismandphysicalandchemicalpropertiesofmagnesiumslagwasreviewed.Thepresentsituationofcomprehensiveutilizationofmagnesiumslagwasanalyzed.Andthefutureresearchdirectionofmagnesiumslagwasprospected.1987年起，皮江煉鎂在我們國(guó)家開(kāi)場(chǎng)工業(yè)化生產(chǎn)。由于皮江煉鎂工藝產(chǎn)品成本低、設(shè)備投入少，因而，皮江煉鎂企業(yè)在我們國(guó)家得到迅速發(fā)展。但皮江法也是能源與自然資源密集型生產(chǎn)工藝，每生產(chǎn)1t成品鎂，將會(huì)排出6.5～8.0t的廢鎂渣[1]。當(dāng)前，大部分冶煉廠將鎂渣傾倒在荒地或者填埋山洼，大量堆積的廢棄鎂渣，不僅浪費(fèi)了難得珍貴的土地資源，也給環(huán)境帶來(lái)了宏大的負(fù)面影響。因而，鎂渣資源化既是保衛(wèi)環(huán)境的迫切需求，也是創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的一條途徑，鎂渣的合理利用關(guān)系到鎂產(chǎn)業(yè)能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目的。因而，本文綜述了皮江煉鎂工業(yè)廢渣的生成、特性，以及當(dāng)前資源化利用研究現(xiàn)在狀況，并對(duì)其將來(lái)進(jìn)行了瞻望，為皮江煉鎂工業(yè)廢渣綜合利用提供必要的根據(jù)和參考。1鎂渣的成分皮江法煉鎂屬于熱法煉鎂，它以煅燒白云石為原料，硅鐵為復(fù)原劑，螢石為礦化劑，其復(fù)原生產(chǎn)基本原理如下所示：根據(jù)硅熱法煉鎂生產(chǎn)工藝，制得金屬鎂的同時(shí)生成了大量的鎂渣。表1為某廠鎂渣的主要化學(xué)成分。表1鎂渣的化學(xué)成分表由表1可知，煉鎂得到的復(fù)原渣中主要成分為硅酸二鈣-2CaOSiO2(s)[2]。在復(fù)原罐內(nèi)1473K的條件時(shí)，硅酸二鈣以-2CaOSiO2形式存在；復(fù)原結(jié)束扒渣時(shí)，硅酸二鈣在冷卻降溫時(shí)會(huì)發(fā)生物相轉(zhuǎn)變，在798K時(shí)發(fā)生相到-2CaOSiO2相的相轉(zhuǎn)變，同時(shí)也伴隨著接近12%的體積改變，也就是鎂渣在冷卻時(shí)會(huì)粉化，發(fā)生體積膨脹。2鎂渣的特性鎂渣冷卻時(shí)發(fā)生相變且伴隨體積變化，為很好地治理利用皮江煉鎂廢渣，很多學(xué)者研究了冷卻經(jīng)過(guò)中渣的理化特性，為鎂渣綜合利用提供理論根據(jù)。嵇鷹[3]采取控制風(fēng)速冷卻法處理出爐鎂渣制備出三種冷卻速率下的鎂渣，用以研究鎂渣冷卻速率對(duì)其物化性能影響。通過(guò)三種冷卻速率鎂渣比照分析發(fā)現(xiàn)冷卻速率快可顯著增大鎂渣的水化活性，提高鎂渣強(qiáng)度，減小鎂渣本身的膨脹效果；且隨冷卻速率加快，鎂渣水化試樣由向外膨脹行為逐步表現(xiàn)為內(nèi)部的自密實(shí)經(jīng)過(guò)，這種自密實(shí)經(jīng)過(guò)表如今鎂渣樣孔尺寸的不斷減小甚至完全消失。徐祥斌[4]對(duì)鎂渣的熱容、松裝密度、真密度、粒度分布及其化學(xué)組成進(jìn)行測(cè)試，得到鎂渣相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步研究提供參考。3鎂渣綜合利用3.1水泥混合材鎂渣具有一定的火山灰活性，能夠用作水泥的混合材料。鎂渣代替部分石灰石和黏土，提供水泥熟料中的CaO和SiO2，利用鎂渣中含有氟等微量組分，用作水泥熟料煅燒時(shí)的礦化劑；鎂渣的潛在活性作為水泥混合材，可生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥。彭小芹[5]以鎂渣作為水泥混合材配制了鎂渣硅酸鹽水泥，研究發(fā)現(xiàn)，鎂渣作為水泥的混合材具有一定的減水緩凝效果；鎂渣摻量在10%～30%范圍內(nèi)時(shí)，水泥樣品符合通用硅酸鹽水泥42.5R級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，摻量為35%～40%符合32.5R型復(fù)合硅酸鹽水泥的要求；鎂渣摻量為30%～40%時(shí)對(duì)水泥砂漿的枯燥收縮有抑制作用。彭小芹研究還發(fā)現(xiàn)鎂渣能夠抑制高堿性的水化硅酸鈣生成，消耗水泥熟料水化生成的鈣礬石，同時(shí)鎂渣在一定程度上可促進(jìn)水化產(chǎn)物的生成，使水泥漿體構(gòu)造愈加致密。利用工業(yè)鎂渣生產(chǎn)水泥不僅能夠解決環(huán)境污染問(wèn)題，還能提高水泥產(chǎn)量和降低水泥生產(chǎn)成本。3.2脫硫劑樊保國(guó)[6]利用鎂渣和粉煤灰的水合反響，制備了可用于循環(huán)流化床鍋爐的脫硫劑，并進(jìn)一步分析了脫硫劑孔構(gòu)造分形維數(shù)對(duì)脫硫能力的影響。研究結(jié)果表示清楚，水合作用可提高鎂渣比外表積，分形維數(shù)2.595時(shí)，脫硫反響的鈣轉(zhuǎn)化率到達(dá)最大值；進(jìn)而到達(dá)較好的脫硫效果，為在循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)用鎂渣作為脫硫劑提供了重要的根據(jù)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，熾熱鎂渣激冷水合處理后脫硫能力提高，韓飛[7]進(jìn)一步分析了激冷水合經(jīng)過(guò)中鎂渣晶體構(gòu)造與鎂渣脫硫活性的關(guān)系。結(jié)果表示清楚：隨鎂渣激冷溫度升高，-C2S增加，促進(jìn)了具有發(fā)達(dá)孔隙構(gòu)造的C-S-H生成，提高了物理吸附能力；晶粒細(xì)化程度增大，-C2S晶胞參數(shù)變化引起的晶格缺陷增加，加強(qiáng)了化學(xué)吸附能力。3.3膠凝材料利用鎂渣的本身膨脹來(lái)抵消水泥基膠凝材料的本身收縮行為，不僅使得鎂渣能得以利用，同時(shí)還能改善膠凝材料的自收縮危害。肖力光[8]配制了鎂渣膠凝材料，并討論了鎂渣摻量、物料粉磨工藝、輔助激發(fā)劑復(fù)摻對(duì)鎂渣膠凝材料強(qiáng)度的影響。研究表示清楚：當(dāng)鎂渣與礦渣摻量相等時(shí)，鎂渣膠凝材料有較好的強(qiáng)度；先混后磨工藝所制備的鎂渣膠凝材料強(qiáng)度更高層次；復(fù)摻水玻璃、硫酸鈉、石膏三種輔助激發(fā)劑后，鎂渣膠凝材料強(qiáng)度性能到達(dá)32.5強(qiáng)度等級(jí)復(fù)合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求。3.4新型墻體材料趙愛(ài)琴[9]利用鎂渣研制新型墻體材料，制得的墻體材料密度小、強(qiáng)度高、耐久性好，其各項(xiàng)指標(biāo)均到達(dá)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。肖力光[10]利用自主研發(fā)的鎂渣膠凝材料[8]作為膠結(jié)料，與EPS超輕集料及其它外加劑制成具有優(yōu)良性能的墻體材料，并進(jìn)一步研究了各種因素對(duì)墻體材料性能的影響，確定了利用鎂渣膠凝材料與EPS制成墻體材料的最佳配方，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)墻體材料28d抗壓強(qiáng)度達(dá)6.5MPa,-25～25℃條件下25次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失小于l%，強(qiáng)度損失為10%，表示清楚該墻體材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性好。3.5陶粒支撐劑近年來(lái)，很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)廢棄物鎂渣能夠代替La2O3,Cr2O3和TiO2作為輔料來(lái)制備陶粒，探尋求索出一條利用鎂渣廢棄物的新途徑。郝惠蘭[11]以山西陽(yáng)泉鋁礬土和煤矸石為主要原料，工業(yè)廢棄物鎂渣為添加劑，在1180～1350℃下燒結(jié)制備陶粒支撐劑。研究表示清楚，在不同燒結(jié)溫度下，制得的陶粒支撐劑，其各項(xiàng)性能均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。田玉明[12]進(jìn)一步分析了添加鎂渣對(duì)陶粒支撐劑物相、顯微形貌以及制備工藝中的資源、能源消耗的影響。研究發(fā)現(xiàn)，鎂渣與原料中的一些氧化物在高溫下構(gòu)成了液相，使得陶粒具有更好的力學(xué)性能；添加鎂渣后，不僅降低了陶粒的燒結(jié)溫度，還能夠利用皮江煉鎂廢渣，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)為工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)提供了參考。以工業(yè)廢棄物鎂渣取代傳統(tǒng)添加劑，在保證陶粒支撐劑性能的同時(shí)，顯著降低了陶粒成本，是鎂渣資源化的新途經(jīng)。4瞻望當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)皮江煉鎂廢渣再利用方面做了大量探尋求索性研究，但均停留在試驗(yàn)研究階段，沒(méi)有構(gòu)成產(chǎn)業(yè)化，無(wú)法真正意義上實(shí)現(xiàn)鎂渣的零排放、無(wú)污染。隨著全球環(huán)境問(wèn)題的日益重視，國(guó)家應(yīng)該從政策和資金上對(duì)鎂渣研究開(kāi)發(fā)給予一定的扶持，鎂企業(yè)應(yīng)該發(fā)揮本身市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合高?；蚩蒲性核柚淇蒲袃?yōu)勢(shì)，展開(kāi)產(chǎn)學(xué)研合作，實(shí)現(xiàn)科研成果向市場(chǎng)轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)商品化，真正從根本上解決鎂渣環(huán)境污染問(wèn)題。以下為參考文獻(xiàn)[1]HalmannM,FreiA,steinfeldA.MagnesiumProductionbyPidgeonProc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