鎂還原渣的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、2009年第7期輕金屬49鎂還原渣的應(yīng)用現(xiàn)狀徐祥斌1, 羅序燕1, 李長勇2(1. 江西理工大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院, 江西贛州341000;2. 中國鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院, 河南鄭州450041摘要:隨著我國近年來硅熱法煉鎂的迅猛發(fā)展, 鎂還原渣也越來越多, 如何的利用好這些鎂還原渣, 將其變廢為寶, 是擺在鎂冶煉科研和生產(chǎn)工作者面前的一大課題。通過這些年科研和生產(chǎn)工作者的不斷研究和實踐目前, 鎂還原廢渣已經(jīng)得到了比較廣泛也比較好的利用, 驗, 對近年來鎂還原渣的綜合利用給予了總結(jié)。關(guān)鍵詞:硅熱法; 鎂渣; 廢渣利用中圖分類號:TF806文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B :( 24applications

2、,L UO Xu -yan 1and L I Chang -yong 2(1. of M aterial and Chem ical Engi neeri ng , Jiangxi U niversityof Science and Technology , Ganz hou 341000, Chi na ; 2. Zhengz hou Research Instit uteof Chalco. , Zhengz hou 450041, Chi na Abstract :As the increase of the productivity of the magnesium ,the outp

3、ut of the magnesium slag increases. How to use the magnesium slag better is an important task to all persons associated with the magnesium production. Nowadays ,the person who works in this domain has taken pains to make progress of it. And they ve got several achievements. This article tries to des

4、cribe the situation of applications of magnesium slag by combining the pub 2lished articles with experience of the author.K eyw ords :silicothermic method ; magnesium slag ; waste residue utilization近年來, 我國鎂冶煉工業(yè)取得了長足的發(fā)展, 原鎂及鎂合金產(chǎn)量連年增加。表1列出了我國近年來我國原鎂的產(chǎn)量。表1我國近年來原鎂的產(chǎn)量2001年2007年我國原鎂的產(chǎn)量與增速和余熱利用技術(shù), 大幅提高煙氣余

5、熱回收的效率, 它使助燃空氣預(yù)熱到了與爐膛溫度接近的高溫(11501200 , 而排煙溫度則降至100以下1, 相比傳統(tǒng)還原爐節(jié)能40%左右。通過這些新技術(shù)的采用, 使噸鎂的標(biāo)準(zhǔn)煤耗能降到6噸以下。我國原鎂的生產(chǎn)普遍采用硅熱法煉鎂, 它是以產(chǎn)量, 年份2001原鎂, 萬噸21. 6同比增長, %10. 8200226. 824. 1200335. 432. 1200445. 027. 1200546. 83. 9200652. 411. 6200767. 027. 9將煅燒后的白云石加工到一定粒度, 再與達(dá)到一定粒度要求的螢石和硅鐵混合壓制成球, 然后在大約1200的還原爐中真空還原得到金屬粗

6、鎂2。鎂行業(yè)是一個資源輸入量較大的行業(yè),1噸商鎂冶煉行業(yè)是一個單位能耗和物耗較高的行業(yè), 同時也是一個高污染的行業(yè)。雖然近年來通過采用相對較清潔的能源焦?fàn)t煤氣(或半焦煤氣、發(fā)生爐煤氣 等氣體燃料來替代原來使用的煤塊作煉鎂燃料。有的同時采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)收稿日期:2009-01-01品鎂錠的資源輸入總量和資源直接輸入量分別為376噸和24噸, 生態(tài)包袱是資源輸入量的3. 1倍。經(jīng)過工藝改進(jìn), 雖然皮江法煉鎂的單耗指標(biāo)不斷降低, 但由于鎂產(chǎn)量增加較快, 不僅導(dǎo)致CO 2和SO 2直接排放量連年增長, 還導(dǎo)致鎂還原渣量的不斷增加。徐祥斌, 羅序燕, 李長勇:鎂還原渣的應(yīng)用現(xiàn)狀2009年第7期

7、501鎂還原渣的利用現(xiàn)狀硅熱法煉鎂, 以目前的生產(chǎn)工藝和普遍的白云石礦物組成情況, 每生產(chǎn)一噸鎂將會產(chǎn)生大概6噸的還原廢渣, 也就是說, 我國2007年產(chǎn)生了超過400萬噸鎂還原廢渣。這些還原廢渣如果得不到很求較高, 并且脫硫的最佳溫度為900, 與常用的循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度基本相同。實驗室得到的脫硫效率可達(dá)76. 5%, 因此可以使用鎂渣作為脫硫劑。任玉生、徐寧等將這種技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的煙氣脫硫中6, 他們采用的方法是濕法煙氣除硫, 由于濕法煙氣脫硫原理從本質(zhì)上說是一個酸堿中和反應(yīng), 金屬鎂廢渣溶于水后生成強(qiáng)堿Ca (OH 2和Mg (OH 2, 煙氣中需脫除的SO 2溶于水后生成

8、H 2SO 3, H 2SO 3與Ca (OH 2和Mg (OH 2在脫硫塔中發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。其工藝原理如圖1所示 。好的處理, 不僅對周圍環(huán)境造成污染, 還會占用大量土地, 以及可能的對地下水的污染。各大金屬鎂廠大多也都根據(jù)自身的特點(diǎn), 結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件, 在合理利用金屬鎂渣方面都有不少成功的經(jīng)驗, 以下結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及筆者實踐經(jīng)驗, 總結(jié)這方面的應(yīng)用情況。1. 1利用鎂渣研制新型墻體材料山西省建筑科學(xué)研究院趙愛琴等人對使用鎂渣4研制新型墻體材料進(jìn)行了研究, 其研究路線是:將鎂渣直接磨細(xì)與一定比例的磨細(xì)礦渣混合, 在復(fù)合激發(fā)劑的作用下, 材料。處理-養(yǎng)護(hù)-檢驗。圖1金屬鎂渣濕法脫硫流程圖該工藝

9、過程生產(chǎn)的墻體材料密度小、強(qiáng)度高、耐久性好, 其各項指標(biāo)均能達(dá)到有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 并且其生產(chǎn)工藝簡單, 成本低廉, 產(chǎn)品性能優(yōu)良, 有較為廣闊的市場前景。1. 2鎂渣在煤脫硫方面的應(yīng)用使用此法處理后, 其脫硫效率能達(dá)到95%以上, 凈化后煙氣中SO 2200mg/m 3(N , 達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。用金屬鎂渣作為脫硫劑, 以廢治廢, 即節(jié)省了鎂廢渣的處理費(fèi)用, 又節(jié)省了購置脫硫劑的費(fèi)用, 是一種較佳的方案。此方法利用鎂渣的缺點(diǎn)是鎂渣的消化量不大, 每噸含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的煤大概只能消耗掉不足三十公斤的鎂廢渣。1. 3鎂渣作為路用材料由硅熱法煉鎂的生產(chǎn)工藝可知, 鎂渣的主要成分為CaO 和Si

10、O 2, 表2為山西某家鎂廠的鎂渣化驗結(jié)果, 從表中可以看出:CaO的含量達(dá)55%, 且基本上都是活性CaO 。表2山西某鎂廠鎂渣的化學(xué)成分檢驗單成分質(zhì)量分?jǐn)?shù), %CaO 54. 2SiO 232. 08MgO 5. 86Fe 2O 33. 52Al 2O 31. 78表3為某鎂廠排出的鎂渣與某粉煤灰試樣的化學(xué)成分表, 從表中可以看出煤礦渣和粉煤灰所含的活性物質(zhì)成分基本相同, 但鎂礦渣中的鈣鎂含量卻比粉煤灰中的高得多, 鎂渣與粉煤灰中的MgO +CaO 含量之比為18. 31。其氧化鈣鎂含量達(dá)到了三級鈣鎂生石灰的標(biāo)準(zhǔn), 因此, 它具有較高的活性, 與石灰、水泥結(jié)合, 可以作為道路路基的混合料。

11、張習(xí)賢、趙永義、梁全富進(jìn)行了鎂渣作為鋪路材料的室內(nèi)試驗和室外試驗研究7, 證明了使用鎂渣作為路面基層的應(yīng)用是可行的。表3某鎂渣試樣和粉煤灰試樣化學(xué)成分表試樣名稱粉煤灰還原鎂渣SiO 217. 4532. 60CaO 2. 6552. 25MgO 0. 7710. 35Fe 2O 33. 504. 95Al 2O 334. 131. 13一般鍋爐用煤的脫硫技術(shù)是將煤與石灰石直接投放入鍋爐燃燒室內(nèi), 石灰石在高溫下煅燒生成氧化鈣, 氧化鈣與煙氣中的二氧化硫氣體進(jìn)行氣固反應(yīng), 生成亞硫酸鈣, 亞硫酸鈣在高溫下被氧化生成硫酸鈣, 達(dá)到固硫的目的?？梢钥闯? 在其中起固硫作用的是CaO , 而鎂還原廢渣

12、中有超過50%的CaO , 所以, 很自然的能聯(lián)想到使用鎂還原渣來脫硫。喬曉磊、金燕在對鎂渣固硫進(jìn)行了實驗室研5究, 實驗結(jié)果表明:鎂渣脫硫的反應(yīng)對氧氣的要%2009年第7期輕金屬511. 4金屬鎂渣在煅燒水泥熟料中的應(yīng)用鎂渣經(jīng)過1200的煅燒, 形成了部分硅酸鹽礦物C 2S , 并含有少量CaF 2。所以鎂渣在物料的煅燒過程中能起到晶種的作用, 降低晶體的成核勢能, 促進(jìn)晶體的形成。鎂渣中含有的CaF 2還具有礦化劑的作用, 也能促進(jìn)硅酸鹽礦物的形成, 從而改善生料的易燒性。姚洪敏、李安民、郭鵬等將鎂渣配料應(yīng)用8于該廠預(yù)分解窯上, 取得了良好的效果, 表4示出了該生產(chǎn)線使用鎂渣前后的熟料物理

13、性質(zhì)的變化。詹學(xué)斌、孟祥金等在使用鎂渣代替部分原料配制煅燒熟料的實踐中, 通過適當(dāng)降低配煤量、適當(dāng)縮小喇叭口角度以及加強(qiáng)立窯煅燒操作等工藝措施, 顯著的改善了生料的易燒性, 降低了熟料的能耗, 提9高了機(jī)立窯的產(chǎn)量和質(zhì)量。表4熟料物理性能項目原配料方案使用鎂渣初期優(yōu)化調(diào)整后比表面積m 2/kg 353347355m 80篩余, %3. 83. 42. 9粉磨時間min 453833凝結(jié)時間初凝1:051:201:00安定性(壓蒸法抗折強(qiáng)度,MPa 3d 6. 36. 16. 28d 9. 1抗壓強(qiáng)度,MPa 3d 30. 529. 631. 728d 56. 855. 658. 2終凝2:05

14、2:152:00合格合格范立衛(wèi)、10優(yōu)點(diǎn), 煅燒熟料時的各個廠家的鎂渣的摻入量會和52. 5等級熟料混合, 可以生產(chǎn)出合格的42. 5R型水泥。1. 6鎂還原渣在生產(chǎn)加氣混凝土當(dāng)中的應(yīng)用有所差別。以山西海鑫鑫光水泥有限公司為例, 其熟料中鎂渣的摻入量大概為10%9, 一個年產(chǎn)10萬噸的機(jī)立窯廠每年可利用鎂渣一萬多噸, 節(jié)省煤耗170噸, 還能節(jié)省電耗, 更主要的是提高了產(chǎn)品的質(zhì)量, 產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。咎和平、趙海晉、高建榮等人還對鎂渣配料煅燒水泥熟料進(jìn)行了基礎(chǔ)理論方面的研究11陳恩清、吳連平等進(jìn)行了使用鎂還原渣和粉煤13灰生產(chǎn)加氣混凝土的工藝研究, 他們根據(jù)水泥的硬化機(jī)理提出用水泥

15、生產(chǎn)加氣混凝土是可行的, 但到目前為止, 沒見到有更多相關(guān)的文獻(xiàn)資料和實際應(yīng)用案例。1. 7鎂還原渣的廢熱利用, 其研究結(jié)果表明:鎂渣配料煅燒硅酸鹽水泥熟料的反應(yīng)動力學(xué)滿足金斯特林格方程, 反應(yīng)仍由擴(kuò)散機(jī)制控制, 且鎂渣的摻入可顯著降低形成反應(yīng)的表觀活化能和煅燒溫度, 并縮短燒成時間。該結(jié)論與實際生產(chǎn)相吻合, 并能應(yīng)用該研究成果更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。1. 5鎂渣做水泥混合材的研究剛從還原罐中扒出的鎂還原渣, 其溫度都在1000以上, 其中蘊(yùn)含大量的熱能。傳統(tǒng)的以及目前的方法都是將其散落于還原爐前, 不僅還原渣中的大量熱能得不到利用, 還導(dǎo)致車間環(huán)境的嚴(yán)重惡化。近期由鄭州輕金屬研究院邱志祥等人研制開發(fā)

16、的新型氣力清渣機(jī)已經(jīng)完成工業(yè)試驗, 試驗結(jié)果非常好, 正打算進(jìn)行市場推廣工作。這種設(shè)備的投入使用, 將對硅熱法煉鎂產(chǎn)生重大影響, 而且也能夠很好的利用鎂還原渣中蘊(yùn)含的大量熱能。1. 8國外對鎂渣應(yīng)用的研究情況丁慶軍、李悅、胡曙光等12對鎂渣做水泥混合材進(jìn)行了研究, 并提出了相關(guān)的見解, 研究指出, 鎂渣是一種活性水泥混合材料, 其活性高于礦渣, 鎂渣的易磨性比礦渣和熟料好, 以鎂渣做混合材, 可以提高水泥的質(zhì)量、降低水泥的生產(chǎn)電耗。以鎂渣做水泥混合材, 在其摻量30%(水泥中MgO 含量6% , 采用52. 5等級熟料, 能夠生產(chǎn)安定性合格的42. 5R 型鎂渣水泥。在混合材摻量一定的情況下,

17、因為鎂行業(yè)是個高污染、高能耗的行業(yè), 而且自動化程度一直不高, 且勞動環(huán)境惡劣的問題一直很難解決。所以, 近年來歐美和日本以及加拿大等發(fā)達(dá)國家逐步停止了鎂的生產(chǎn), 而中國已經(jīng)成為世界上最大的鎂生產(chǎn)國和出口國。2007年中國鎂產(chǎn)品1出口總量為408千噸, 仍高居世界鎂生產(chǎn)的第一位, 而同期西方國家原鎂減產(chǎn)60千噸。因為西方發(fā)鎂渣與礦渣混摻比單摻鎂渣或礦渣好, 此實驗的混合材最佳摻量為10%鎂渣、20%礦渣, 采用此比例徐祥斌, 羅序燕, 李長勇:鎂還原渣的應(yīng)用現(xiàn)狀2009年第7期52達(dá)國家鎂的逐年減產(chǎn), 所以其在鎂還原渣的利用方面的研究進(jìn)行的比較少。就目前所能查到的文獻(xiàn)來看, 巴西聯(lián)邦大學(xué)的Ca

18、rlosA. S. Oliveira 、Asriana G. Gumieri 、AbidiasM.14G omes 等學(xué)者對鎂還原廢渣進(jìn)行了研究, 他們的研究結(jié)果表明, 鎂還原渣摻入到砂漿中后于硅酸鹽水泥相比, 試樣中所含的堿性氧化物成分(K 2O 和Na 2O 極低, 可以提高砂漿的耐久性。4趙愛琴. 利用鎂渣研制新型墻體材料J . 山西建筑,2003(17 :48-49.5喬曉磊, 金燕. 金屬鎂冶煉還原渣脫硫性能的實驗研究J . 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007(7 :185-187.6任玉生, 徐寧. 金屬鎂廢渣在循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫中的應(yīng)用J . 再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2008(2 :3

19、8-40.7張習(xí)賢, 趙永義, 梁全富. 工業(yè)廢料鎂礦渣的路用研究J . 中南公路工程,1997(2 :35-40.8姚洪敏, 李安民, 郭鵬, 等. 鎂渣配料在1000t/d 預(yù)分解窯上的生產(chǎn)實踐J . 水泥,2008(3 :18-20.9詹學(xué)斌, 孟祥金. 利用鎂渣代替部分原料配料煅燒熟料J . 水泥,1997(6 :8-9.2結(jié)語隨著鎂冶煉行業(yè)這幾年的迅猛發(fā)展, 導(dǎo)致了鎂還原廢渣的大量增加, 通過科研和生產(chǎn)工作者這些年的不懈努力, 鎂還原廢渣已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是同時也還必須承認(rèn), 如何更好的利用鎂還原廢渣, 將其更好的變廢為寶, 還有很多工作可做。隨著研究的不斷深入, 將越來越大。

20、參考文獻(xiàn):1孟樹昆, 吳秀銘, 徐晉湘. 年鎂工業(yè)發(fā)展報告R . 2008. 2徐日瑤. 硅熱法煉鎂理論與實踐M . 長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1996.3吳小娟, 王志宏, 杜文博, 等. 鎂工業(yè)的環(huán)境協(xié)調(diào)性發(fā)展J . 中國建材科技,2007(5 :46-48.10范立衛(wèi), 王蕕琳. 金屬鎂渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用研究J . 四川水泥,2000(3 :8-10.11咎和平, 趙海晉, 高建榮, 等. 究J . 武漢理工大學(xué)學(xué)報5-42.12, , . J . 水泥工:37-, J . 三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 ,2006(6 :522-535.14Carlos A. S. Oloveira ;Adriana G. Gumieri ; Wander L. vasconce