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,我國鎂冶煉行業(yè)快速發(fā)展,隨著原鎂和鎂合金年產(chǎn)量的逐年增高,排放出來的鎂渣也越來越多,如何有效合理地處理,開發(fā)利用鎂渣,達到節(jié)約能源,節(jié)約資源,變廢為寶和變害為利的目的,是當前迫切需要解決的問題.對近年來我國有關(guān)鎂渣的研究應(yīng)用情況進行全面的總結(jié).關(guān)鍵詞:鎂渣;回收利用;資源節(jié)約;能源中圖分類號:x75l文獻標志碼:a文章編號:16740912(2011)06003003鎂和鎂合金因其優(yōu)異的性能已成為現(xiàn)代汽車,電子,通信等行業(yè)的首選材料

2、,被人們譽為21世紀的綠色工程材料.20世紀9o年代以來,工業(yè)發(fā)達國家高度重視鎂合金的研究與開發(fā),美國,日本,德國,澳大利亞等國相繼出臺了各自的鎂研究計劃,把鎂原料作為21世紀的重要戰(zhàn)略物資,加強了鎂合金在汽車,計算機,通訊及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)研究.中國是鎂資源大國,很多優(yōu)質(zhì)煉鎂原料在中國的儲量十分豐富.由于我國在鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的開拓嚴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,而且會造成嚴重的環(huán)境污染lll.金屬鎂企業(yè)每生產(chǎn)1t粗鎂,同時會產(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,會造成呼吸道疾病;(2)鎂渣具有很強的吸潮性,易使土壤鹽堿化,造成土壤板結(jié),堆積過鎂渣的土地及其周邊基本無法用于農(nóng)業(yè)耕種,會造成大量的農(nóng)田減少.因此如何有效合理地處理,開發(fā)利用鎂渣,達到節(jié)約能源,節(jié)約資源,變廢為寶和變害為利的目的,是當前迫切需要解決的問題.1鎂渣的利用研究我國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)對鎂渣的應(yīng)用進行了研究和試驗,主要集中在以下幾個方面.1.1鎂渣在煅燒水泥熟料中的應(yīng)用詹學(xué)斌等翻對利用鎂渣作原料生產(chǎn)水泥進行了研究,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)用于水泥生料并進行試燒試驗,結(jié)果表明,當摻人的鎂渣量不同時,熟料的質(zhì)量也有所不同,鎂渣摻量為1.5%時,熟料的3d和28d抗折,抗壓強度較高;在隨后的試生產(chǎn)中,當生料中摻入1.5%的鎂渣作礦化劑時,立窯臺時產(chǎn)量提高18%,熟料標準煤耗降低14%,熟料的f-ca0控制在2.5%以下,熟料的強度一般保持在60mpa以上.姚洪敏等問將鎂渣配料應(yīng)用于1000t/d預(yù)分解窯上的生產(chǎn)實踐,基金項目:北京市重點學(xué)科一資源,環(huán)境及循環(huán)經(jīng)濟交叉學(xué)科建設(shè)項

5、目(0330005412901);北京市人才強教深化計劃教師工程實踐能力培養(yǎng)項目(03300054rb001)作者簡介:章啟軍(1981一),男,湖北潛江人,工學(xué)碩士,實驗師,專業(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,強度也明顯提高,并且水化凝結(jié)時間縮短.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復(fù)

6、合水泥性能的影響,結(jié)果表明,當鎂渣摻量20%,礦渣摻量30%時制備的復(fù)合水泥28d抗折強度達9.10mpa,抗壓強度達42.53mpa,達到了國標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)合水泥早期強度較低,凝結(jié)時間偏長;隨著鎂渣礦渣比值(ms/bs)增加,水泥強度逐漸降低,凝結(jié)時間延長.針對這種缺陷,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年通過審查的國家標準鎂渣硅酸鹽水泥特別提出,對于鎂渣帶入的氧化鎂要嚴格控制,標準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)過程中所產(chǎn)生的固體廢棄物.趙愛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量一輪碾攪拌一振壓成型一養(yǎng)護一檢驗;采用此t藝生產(chǎn)的240mmx115mm53mm標準磚和390mmx190mmx190mm空心砌塊均達到了相關(guān)標準要求.鎂渣膠結(jié)材料的生產(chǎn)工藝簡單,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),脫硫率可達到76.5%;粒徑對脫硫效率的影響很明顯,應(yīng)盡量選用粒徑小的鎂渣進行脫硫,并且適量的空氣過量系數(shù),可以提高鎂渣的脫硫效率.樊兆燕等】對鎂渣用于濕法脫硫進行了試驗研究,結(jié)果表明,鎂渣的消溶特性受溫度,漿液ph值,粒徑以及消溶時間等諸多因素的影響.利用鎂渣進行煤脫硫的缺點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通過鎂渣形成過程,組成,粉化,顆粒分析和安定性試驗找出了鎂渣體積膨脹性和膨脹滯后性的機理,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;實際生產(chǎn)應(yīng)用中可以通過磨細粒狀渣,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減輕鎂渣膨脹帶來的危害.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準測試限制膨脹率及膠砂試件強度,結(jié)果表明,單獨使用鎂渣制備混凝土膨脹劑,水中養(yǎng)護7d的限制膨脹率達不到j(luò)c4762001標準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度均符合混凝土膨脹劑的標準要求.1.6利用鎂渣研制環(huán)保陶瓷濾料徐曉虹等【31對利用鎂渣研制新型環(huán)保陶瓷濾料進行了研究,將鎂渣直接磨細與一定比例的磨細成孔劑及天然抗物燒結(jié)助劑混合,然后經(jīng)過成球,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度達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)果達到碎屑巖油藏注水質(zhì)推薦指標及分析方法sy532

11、994規(guī)定的al標準,見表2.用鎂渣為原料做環(huán)保陶瓷濾料,能以廢治廢,既節(jié)省了鎂渣的處理費用,又能對各種廢水進行有效處理,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驗結(jié)果2011年/第4卷/第6耳月再生資源與循環(huán)經(jīng)濟0.9mm為宜,在隨后進一步鋪筑試驗路的檢驗中,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,隨著齡期的增長,這些水化物日益增多,使鎂礦渣混合料基層獲得越來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)性杜強等研究了鎂渣對瀝青常規(guī)指標的影響,結(jié)果表明,粉膠比對改性瀝青性能的影響最顯著,其次是鎂渣取代率,最后是細度.崔永成等【-61運用直剪試驗方法,將鎂渣與水泥,粉煤灰分別復(fù)合,分析研究復(fù)合比對瀝青粘結(jié)性的影響規(guī)律,探討相互作用機理,通過試驗研究發(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?shù)乃嗫梢愿纳茷r青膠漿的高溫性質(zhì),而水泥過多則不利.2結(jié)語雖然我國對鎂渣的應(yīng)用研究相對滯后,但通過科研和生產(chǎn)工作者的不懈努力,鎂渣開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并取得顯著的成效.這對于節(jié)約資

13、源和保護環(huán)境起到了很好的示范作用,并為以后進行深入研究打下了良好的基礎(chǔ).但目前已經(jīng)實現(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)實踐【j】.水泥,2008(3):1820.5鄧軍平,陳新年,郭一萍鎂渣和礦渣對復(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驗研究【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研究【d】.山東:山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院熱能工程研究所,200811】崔自治,倪曉,孟秀莉鎂渣膨脹性機理試驗

15、研究【j】l粉煤灰綜合利用,2006(6):811.f12南峰,伍永華,李國新,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】.中國專利:101428187a,20090513【14】張習賢,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,崔自治,趙偉,等鎂渣改性瀝青性能的試驗研究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