冶金百科 | 有色冶金固废处理与资源化技术：镁还原渣的综合利用

2023-07-07 10:55:24 来源：中冶有色技术网

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简介：热法炼镁，每吨产品将产生6.5t固体废渣，导致生产过程及清渣运输过程中粉尘污染严重，且堆积占地，造成二次污染。镁渣自身具有很高的水化活性，可生成水化硅酸钙凝胶。因此，不仅可以利用镁渣作为胶凝材料，也可用于制备矿化剂、墙体材料、脱硫剂等产品，代替部分矿渣生产水泥，研究生产农业肥料等。国家新标准《镁渣硅酸盐水泥》(GB/T 23933——2009)的正式颁布，有利于镁渣的综合利用。

镁还原渣的综合利用

热法炼镁，每吨产品将产生6.5t固体废渣，导致生产过程及清渣运输过程中粉尘污染严重，且堆积占地，造成二次污染。镁渣自身具有很高的水化活性，可生成水化硅酸钙凝胶。因此，不仅可以利用镁渣作为胶凝材料，也可用于制备矿化剂、墙体材料、脱硫剂等产品，代替部分矿渣生产水泥，研究生产农业肥料等。国家新标准《镁渣硅酸盐水泥》(GB/T 23933——2009)的正式颁布，有利于镁渣的综合利用。镁冶炼还原渣生产镁渣硅酸盐水泥，新的镁渣用于钢铁冶金造渣，利用镁渣制作免烧砖，或制造镁渣蓄热材料和镁渣环保陶瓷材料等技术均是镁冶炼还原渣综合利用的主要方向。

(1)利用镁渣制作新型墙体材料

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，添加复合激发剂，配制胶结料。利用镁渣生产墙体材料的工艺简单、成本低廉、节省能源、并且胶结材料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人一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制成屋面材料。

(2)利用金属镁渣制作矿化剂

镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1200℃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。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，提高经济效益的作用十分显著。

(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，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，应该满足国家标准的相关技术要求。

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件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，可以明显的提高水泥的活性，增加产量，降低水泥的生产能耗。

生产复合硅酸盐水泥：水泥中混合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%)。需要注意的是利用镁渣生产复合硅酸盐水泥，掺量范围应满足水泥中方镁石含量的限制要求。

(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，900℃，0为5%，SO为0.2%，N作为平衡气)，预计脱硫效率可达76.5%。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。

(5)利用金属镁渣和粉煤灰为主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，均属于固体工业废渣，性能互补，在水热合成和激发的条件下，其活性可以激发出来，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影响因素。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%。

(6)镁渣应用于混凝土膨胀剂

镁渣颗粒粗以及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、掺加其他活性掺和料、充分陈化、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。采用镁渣及其激发剂配制混凝土膨胀剂，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膨胀剂的标准要求。

(7)利用镁渣研制环保陶瓷滤料

将镁渣直接磨细与一定比例的磨细成孔剂及天然抗物烧结助剂混合，然后经过成球、干燥，并在隧道窑或梭式窑中于1050~1150℃烧成，得到环保陶瓷滤料。此方法的镁渣利用效率高，且所烧成的陶瓷滤料抗压强度达20 MPa，气孔率为37%，耐酸性为99.4%，耐碱性为99.9%，是一种具有广泛应用价值的高品质滤料。

(8)镁渣作为路用材料

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0.9 mm 为宜。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黏结力加强，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得越来越大的抵抗荷载作用的能力。

(9)镁渣综合利用新技术

2014年，山西金星镁业有限公司设计建设了一条还原渣干法快冷处理生产线。生产产品经分级处理分别达到镁渣硅酸盐水泥配方及钙镁复合肥工艺要求。年处理量达10万t，实现了还原渣的综合利用，达到了还原工序固体废物的零排放。