金屬鎂渣的回收利用現(xiàn)狀

1、金屬鎂渣的回收利用現(xiàn)狀章啟軍,劉育鑫,吳玉鋒(1.北京工業(yè)大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院,北京100024;2.北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100024)摘要:近年來(lái),我國(guó)鎂冶煉行業(yè)快速發(fā)展,隨著原鎂和鎂合金年產(chǎn)量的逐年增高,排放出來(lái)的鎂渣也越來(lái)越多,如何有效合理地處理,開(kāi)發(fā)利用鎂渣,達(dá)到節(jié)約能源,節(jié)約資源,變廢為寶和變害為利的目的,是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題.對(duì)近年來(lái)我國(guó)有關(guān)鎂渣的研究應(yīng)用情況進(jìn)行全面的總結(jié).關(guān)鍵詞:鎂渣;回收利用;資源節(jié)約;能源中圖分類(lèi)號(hào):X75l文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):16740912(2011)06003003鎂和鎂合金因其優(yōu)異的性能已成為現(xiàn)代汽車(chē),電子,通信等行業(yè)的首選材料

2、,被人們譽(yù)為21世紀(jì)的綠色工程材料.20世紀(jì)9O年代以來(lái),工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視鎂合金的研究與開(kāi)發(fā),美國(guó),日本,德國(guó),澳大利亞等國(guó)相繼出臺(tái)了各自的鎂研究計(jì)劃,把鎂原料作為21世紀(jì)的重要戰(zhàn)略物資,加強(qiáng)了鎂合金在汽車(chē),計(jì)算機(jī),通訊及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究.中國(guó)是鎂資源大國(guó),很多優(yōu)質(zhì)煉鎂原料在中國(guó)的儲(chǔ)量十分豐富.由于我國(guó)在鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓嚴(yán)重滯后及鎂深加工能力的不足,鎂工業(yè)還是以生產(chǎn)原鎂為主,其中95%的原鎂是采用皮江法生產(chǎn),皮江法不僅高能耗,而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染lll.金屬鎂企業(yè)每生產(chǎn)1t粗鎂,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生610t的鎂渣.鎂渣在鎂工業(yè)中屬于廢品,且存在以下危害:(1)鎂渣為粉塵物,其中直徑

3、小于150m的顆粒超過(guò)60%,懸浮在空氣中很難沉降,在自然環(huán)境中極易形成粉塵污染,吸人呼吸道,會(huì)造成呼吸道疾病;(2)鎂渣具有很強(qiáng)的吸潮性,易使土壤鹽堿化,造成土壤板結(jié),堆積過(guò)鎂渣的土地及其周邊基本無(wú)法用于農(nóng)業(yè)耕種,會(huì)造成大量的農(nóng)田減少.因此如何有效合理地處理,開(kāi)發(fā)利用鎂渣,達(dá)到節(jié)約能源,節(jié)約資源,變廢為寶和變害為利的目的,是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題.1鎂渣的利用研究我國(guó)目前已有不少單位和學(xué)者(如:武漢理工大學(xué),江西建筑科學(xué)研究院,合肥水泥研究院和西南工學(xué)院等)對(duì)鎂渣的應(yīng)用進(jìn)行了研究和試驗(yàn),主要集中在以下幾個(gè)方面.1.1鎂渣在煅燒水泥熟料中的應(yīng)用詹學(xué)斌等翻對(duì)利用鎂渣作原料生產(chǎn)水泥進(jìn)行了研究,結(jié)果

4、表明,摻人鎂渣后,出窯熟料安定性合格率大幅度提高,特別是早期強(qiáng)度提高幅度較大,表1為生產(chǎn)線上摻人鎂渣前后的熟料物理性質(zhì)的對(duì)比.表1熟料物理性能范立衛(wèi)等I將鎂渣應(yīng)用于水泥生料并進(jìn)行試燒試驗(yàn),結(jié)果表明,當(dāng)摻人的鎂渣量不同時(shí),熟料的質(zhì)量也有所不同,鎂渣摻量為1.5%時(shí),熟料的3d和28d抗折,抗壓強(qiáng)度較高;在隨后的試生產(chǎn)中,當(dāng)生料中摻入1.5%的鎂渣作礦化劑時(shí),立窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高18%,熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低14%,熟料的f-ca0控制在2.5%以下,熟料的強(qiáng)度一般保持在60MPa以上.姚洪敏等問(wèn)將鎂渣配料應(yīng)用于1000t/d預(yù)分解窯上的生產(chǎn)實(shí)踐,基金項(xiàng)目:北京市重點(diǎn)學(xué)科一資源,環(huán)境及循環(huán)經(jīng)濟(jì)交叉學(xué)科建設(shè)項(xiàng)

5、目(0330005412901);北京市人才強(qiáng)教深化計(jì)劃教師工程實(shí)踐能力培養(yǎng)項(xiàng)目(03300054RB001)作者簡(jiǎn)介:章啟軍(1981一),男,湖北潛江人,工學(xué)碩士,實(shí)驗(yàn)師,專(zhuān)業(yè)方向:應(yīng)用化學(xué).2011Vo1.4.No.6金屬鎂渣的回收利用現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)多次調(diào)整優(yōu)化,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的硅酸鹽水泥熟料,鎂渣配料后熟料的易磨性,易燒性都有明顯改善,強(qiáng)度也明顯提高,并且水化凝結(jié)時(shí)間縮短.鎂渣摻加到水泥生料中,雖然能夠提高煅燒熟料的質(zhì)量以及減少能耗,但是由于鎂渣在生料中或者替代部分石灰石和粘土,或者作礦化劑,其摻加量會(huì)受到很大的限制,消耗的鎂渣量很少.1.2鎂渣做水泥混合材的研究鄧軍平等51研究了鎂渣和礦渣對(duì)復(fù)

6、合水泥性能的影響,結(jié)果表明,當(dāng)鎂渣摻量20%,礦渣摻量30%時(shí)制備的復(fù)合水泥28d抗折強(qiáng)度達(dá)9.10MPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)42.53MPa,達(dá)到了國(guó)標(biāo)42.5R型復(fù)合硅酸鹽水泥要求;但是摻加鎂渣和礦渣制備的復(fù)合水泥早期強(qiáng)度較低,凝結(jié)時(shí)間偏長(zhǎng);隨著鎂渣礦渣比值(MS/BS)增加,水泥強(qiáng)度逐漸降低,凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng).針對(duì)這種缺陷,趙海晉等嘲提出一些技術(shù)措施:優(yōu)化熟料礦物組成,摻加煅燒石膏,優(yōu)化水泥的顆粒級(jí)配等.生產(chǎn)鎂渣復(fù)合硅酸鹽水泥,其摻量范同受到水泥中方鎂石含量的限制.2009年通過(guò)審查的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鎂渣硅酸鹽水泥特別提出,對(duì)于鎂渣帶入的氧化鎂要嚴(yán)格控制,標(biāo)準(zhǔn)中明確限定了鎂渣的摻量,這在保證水泥質(zhì)量的前提下

7、使鎂渣得到了合理利用.1_3利用鎂渣研制墻體材料陳恩清等【探討了以鎂渣和粉煤灰為主要原材料生產(chǎn)加氣混凝土砌塊的工藝,采用該工藝生產(chǎn)的加氣混凝土砌塊性能符合GB119691997蒸壓加氣混凝土砌塊的要求,且能有效治理鎂冶煉生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的固體廢棄物.趙愛(ài)琴等提出以鎂渣和礦渣為基本組分,摻以活性激發(fā)劑配制而成的金屬鎂渣膠結(jié)材用于生產(chǎn)工業(yè)及民用建筑墻體材料.其處理的工藝流程為:金屬鎂渣陳化及活化處理一原料配比計(jì)量一輪碾攪拌一振壓成型一養(yǎng)護(hù)一檢驗(yàn);采用此T藝生產(chǎn)的240mmx115mm53mm標(biāo)準(zhǔn)磚和390mmx190mmx190mm空心砌塊均達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求.鎂渣膠結(jié)材料的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,成本低廉

8、,產(chǎn)品性能優(yōu)良,為墻體材料改革提供全新的思路.1.4鎂渣在煤脫硫方面的應(yīng)用李經(jīng)寬等對(duì)鎂渣在不同氧氣含量,不同粒徑,不同反應(yīng)溫度條件下的脫硫性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明,鎂渣脫硫的最佳溫度為900,正好處在循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度范圍內(nèi)(850950oC),脫硫率可達(dá)到76.5%;粒徑對(duì)脫硫效率的影響很明顯,應(yīng)盡量選用粒徑小的鎂渣進(jìn)行脫硫,并且適量的空氣過(guò)量系數(shù),可以提高鎂渣的脫硫效率.樊兆燕等】對(duì)鎂渣用于濕法脫硫進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,鎂渣的消溶特性受溫度,漿液pH值,粒徑以及消溶時(shí)間等諸多因素的影響.利用鎂渣進(jìn)行煤脫硫的缺點(diǎn)是鎂渣的消耗量不大,并且這種應(yīng)用僅僅利用了鎂渣巾的CaO和MgO,其中占3

9、0%的SiO,等物質(zhì)沒(méi)有得到利用,這有可能導(dǎo)致最終形成二次廢渣.1.5鎂渣應(yīng)用于混凝土膨脹劑崔自治等1ll通過(guò)鎂渣形成過(guò)程,組成,粉化,顆粒分析和安定性試驗(yàn)找出了鎂渣體積膨脹性和膨脹滯后性的機(jī)理,鎂渣顆粒粗以及f-ca0和MgO含量高是產(chǎn)生膨脹性危害和膨脹滯后性的主要原因;實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可以通過(guò)磨細(xì)粒狀渣,摻加其他活性摻合料,充分陳伏,添加引氣劑,加快出罐冷卻速度等方法來(lái)減輕鎂渣膨脹帶來(lái)的危害.南峰等ll2噪用鎂渣及其激發(fā)劑配制混凝土膨脹劑,并按照混凝土膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試限制膨脹率及膠砂試件強(qiáng)度,結(jié)果表明,單獨(dú)使用鎂渣制備混凝土膨脹劑,水中養(yǎng)護(hù)7d的限制膨脹率達(dá)不到JC4762001標(biāo)準(zhǔn)0.025

10、%的要求,添加激發(fā)劑后可以顯著提高鎂渣的早期膨脹性能,并且各齡期的限制膨脹率及強(qiáng)度均符合混凝土膨脹劑的標(biāo)準(zhǔn)要求.1.6利用鎂渣研制環(huán)保陶瓷濾料徐曉虹等【31對(duì)利用鎂渣研制新型環(huán)保陶瓷濾料進(jìn)行了研究,將鎂渣直接磨細(xì)與一定比例的磨細(xì)成孔劑及天然抗物燒結(jié)助劑混合,然后經(jīng)過(guò)成球,干燥,并在隧道窯或梭式窯中于10501150c=燒成,得到環(huán)保陶瓷濾料.此方法的鎂渣利用效率高,且所燒成的陶瓷濾料抗壓強(qiáng)度達(dá)20MPa,氣孔率為37%,耐酸性為99.4%,耐堿性為99.9%,是一種具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的高品質(zhì)濾料,把該鎂渣陶瓷濾料用于某油田含油廢水處理,其水處理結(jié)果達(dá)到碎屑巖油藏注水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法SY532

11、994規(guī)定的Al標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表2.用鎂渣為原料做環(huán)保陶瓷濾料,能以廢治廢,既節(jié)省了鎂渣的處理費(fèi)用,又能對(duì)各種廢水進(jìn)行有效處理,是一種較佳的鎂渣再生利用方案.表2鎂渣陶瓷濾料處理某油田含油廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果2011年/第4卷/第6耳月再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)0.9mm為宜,在隨后進(jìn)一步鋪筑試驗(yàn)路的檢驗(yàn)中,證明鎂礦渣穩(wěn)定土有很好的路用技術(shù)性能.鎂渣可作為良好的路用材料在于鎂礦渣中鈣鎂的含量很高,且具有比較高的活性,在基層中與土反應(yīng),生成不溶性含水硅酸鈣與含水鋁酸鈣,呈凝膠狀態(tài)或纖維狀結(jié)晶體,使混合料顆粒之間的聯(lián)結(jié)和粘結(jié)力加強(qiáng),隨著齡期的增長(zhǎng),這些水化物日益增多,使鎂礦渣混合料基層獲得越來(lái)越大的抵抗荷載作用的能力

12、.1.8利用鎂渣改善瀝青粘結(jié)性杜強(qiáng)等研究了鎂渣對(duì)瀝青常規(guī)指標(biāo)的影響,結(jié)果表明,粉膠比對(duì)改性瀝青性能的影響最顯著,其次是鎂渣取代率,最后是細(xì)度.崔永成等【-61運(yùn)用直剪試驗(yàn)方法,將鎂渣與水泥,粉煤灰分別復(fù)合,分析研究復(fù)合比對(duì)瀝青粘結(jié)性的影響規(guī)律,探討相互作用機(jī)理,通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),鎂渣與粉煤灰復(fù)合可以提高瀝青的溫度穩(wěn)定性,瀝青的粘性略有降低,總體上抵抗剪切變形和剪切破壞的能力提高;鎂渣與水泥復(fù)合瀝青膠漿的粘聚力減小,適當(dāng)?shù)乃嗫梢愿纳茷r青膠漿的高溫性質(zhì),而水泥過(guò)多則不利.2結(jié)語(yǔ)雖然我國(guó)對(duì)鎂渣的應(yīng)用研究相對(duì)滯后,但通過(guò)科研和生產(chǎn)工作者的不懈努力,鎂渣開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并取得顯著的成效.這對(duì)于節(jié)約資

13、源和保護(hù)環(huán)境起到了很好的示范作用,并為以后進(jìn)行深入研究打下了良好的基礎(chǔ).但目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的金屬鎂渣應(yīng)用途徑比較少,主要集中于建材產(chǎn)品,墻體材料等領(lǐng)域,且鎂渣的利用率不大.因此,在拓寬鎂渣應(yīng)用領(lǐng)域,楊重愚輕金屬冶金學(xué)【M】.北京:冶金工業(yè)出版社,1991.I2】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):8-93范立衛(wèi),王筱琳.金屬鎂渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用研究【J】l四川水泥,2000(3):81O【4】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(shí)踐【J】.水泥,2008(3):1820.5鄧軍平,陳新年,郭一萍鎂渣和礦渣對(duì)復(fù)合水泥性能

14、的影響【J1.西安科技大學(xué),2008,4(28):735739【6J趙海晉刑用鎂渣制造水泥的研究和應(yīng)用Dl西安:西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,20077】陳恩清鎂渣無(wú)粉塵收集和生產(chǎn)加氣混凝土砌塊工藝【J】新型建筑材料,2007(5):5961【8】趙愛(ài)琴利用鎂渣研制新型墻體材料【Jll山西建筑,2003,17(29):48-499李經(jīng)寬,喬曉磊,金燕金屬鎂渣作為脫硫劑的性能實(shí)驗(yàn)研究【JJ.太原理工大學(xué),2008,6(39):573575【10】樊兆燕工業(yè)廢棄物用于濕法脫硫的試驗(yàn)研究【D】.山東:山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱能工程研究所,200811】崔自治,倪曉,孟秀莉鎂渣膨脹性機(jī)理試驗(yàn)

15、研究【J】l粉煤灰綜合利用,2006(6):811.f12南峰,伍永華,李國(guó)新,等.利用鎂渣制備混凝土膨脹劑【JJ.混凝土世界,2010,13:5254131徐曉虹.利用鎂渣制備環(huán)保陶瓷濾料的方法【P】.中國(guó)專(zhuān)利:101428187A,20090513【14】張習(xí)賢,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(22):3540.f15】杜強(qiáng),崔自治,趙偉,等鎂渣改性瀝青性能的試驗(yàn)研究J】新型建筑材料,201O(2):5860,74.【161崔永成,崔自治,崔彬等鎂渣與水泥,粉煤灰復(fù)合改善瀝青粘結(jié)性研究【J】l粉煤灰綜合利用,2009(5):1113Currentstatus

16、ofrecyclingandutilizationofmagnesiumslagZHANGQijun.LIUYuxin.wUYufeng(1.InstituteofRecyclingEconomy,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.SchoolofMaterialSciencesandEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:Inrecentyears,magnesiumsmeltingindustryhasbeenfastgrowinginChina.Alongwiththeoutputincreaseoftheoriginalmagnesiumanditsalloys,theemissionofmagnesiumslagisalsoincreasingSoithasbecomeanurgentissuetotre