镁渣的特性与综合利用策略,冶金工程论文

镁渣的特性与综合利用策略,冶金工程论文内容摘要：皮江炼镁生产的工业废渣大量堆积，给环境带来了宏大的负面影响。随着环保的战略发展，镁渣资源化、再利用已成为一个急需解决的问题。本文综述了镁渣的生成及特性，分析了当前镁渣的综合利用现在状况，并对镁渣应用进行了瞻望。本文关键词语：皮江炼镁;废渣;综合利用;现在状况;瞻望;ApplicationStatusandProspectofMagnesiumSlagbyPidgeonProcessGuoLinaZhaoJingLiXiangpingLiShenghuCollegaofMaterialsScienceandEngineering,TaiyuanUniversityofTechnologyAbstract：Magnesiumslaggeneratedbypidgeonprocesswasnumericallycumulated.whichhasgreatnegativeimpactontheenvironment.Withthestrategicdevelopmentofenvironmentalprotection,magnesiumslagutilizationhasbeenaproblemtoberesolvedimmediately.Inthispaper,thegenerationmechanismandphysicalandchemicalpropertiesofmagnesiumslagwasreviewed.Thepresentsituationofcomprehensiveutilizationofmagnesiumslagwasanalyzed.Andthefutureresearchdirectionofmagnesiumslagwasprospected.1987年起，皮江炼镁在我们国家开场工业化生产。由于皮江炼镁工艺产品成本低、设备投入少，因而，皮江炼镁企业在我们国家得到迅速发展。但皮江法也是能源与自然资源密集型生产工艺，每生产1t成品镁，将会排出6.5～8.0t的废镁渣[1]。当前，大部分冶炼厂将镁渣倾倒在荒地或者填埋山洼，大量堆积的废弃镁渣，不仅浪费了难得珍贵的土地资源，也给环境带来了宏大的负面影响。因而，镁渣资源化既是保卫环境的迫切需求，也是创造经济价值的一条途径，镁渣的合理利用关系到镁产业能否实现可持续发展的战略目的。因而，本文综述了皮江炼镁工业废渣的生成、特性，以及当前资源化利用研究现在状况，并对其将来进行了瞻望，为皮江炼镁工业废渣综合利用提供必要的根据和参考。1镁渣的成分皮江法炼镁属于热法炼镁，它以煅烧白云石为原料，硅铁为复原剂，萤石为矿化剂，其复原生产基本原理如下所示：根据硅热法炼镁生产工艺，制得金属镁的同时生成了大量的镁渣。表1为某厂镁渣的主要化学成分。表1镁渣的化学成分表由表1可知，炼镁得到的复原渣中主要成分为硅酸二钙-2CaOSiO2(s)[2]。在复原罐内1473K的条件时，硅酸二钙以-2CaOSiO2形式存在；复原结束扒渣时，硅酸二钙在冷却降温时会发生物相转变，在798K时发生相到-2CaOSiO2相的相转变，同时也伴随着接近12%的体积改变，也就是镁渣在冷却时会粉化，发生体积膨胀。2镁渣的特性镁渣冷却时发生相变且伴随体积变化，为很好地治理利用皮江炼镁废渣，很多学者研究了冷却经过中渣的理化特性，为镁渣综合利用提供理论根据。嵇鹰[3]采取控制风速冷却法处理出炉镁渣制备出三种冷却速率下的镁渣，用以研究镁渣冷却速率对其物化性能影响。通过三种冷却速率镁渣比照分析发现冷却速率快可显著增大镁渣的水化活性，提高镁渣强度，减小镁渣本身的膨胀效果；且随冷却速率加快，镁渣水化试样由向外膨胀行为逐步表现为内部的自密实经过，这种自密实经过表如今镁渣样孔尺寸的不断减小甚至完全消失。徐祥斌[4]对镁渣的热容、松装密度、真密度、粒度分布及其化学组成进行测试，得到镁渣相应的基础数据，为工程设计以及进一步研究提供参考。3镁渣综合利用3.1水泥混合材镁渣具有一定的火山灰活性，能够用作水泥的混合材料。镁渣代替部分石灰石和黏土，提供水泥熟料中的CaO和SiO2，利用镁渣中含有氟等微量组分，用作水泥熟料煅烧时的矿化剂；镁渣的潜在活性作为水泥混合材，可生产复合硅酸盐水泥。彭小芹[5]以镁渣作为水泥混合材配制了镁渣硅酸盐水泥，研究发现，镁渣作为水泥的混合材具有一定的减水缓凝效果；镁渣掺量在10%～30%范围内时，水泥样品符合通用硅酸盐水泥42.5R级的标准，掺量为35%～40%符合32.5R型复合硅酸盐水泥的要求；镁渣掺量为30%～40%时对水泥砂浆的枯燥收缩有抑制作用。彭小芹研究还发现镁渣能够抑制高碱性的水化硅酸钙生成，消耗水泥熟料水化生成的钙矾石，同时镁渣在一定程度上可促进水化产物的生成，使水泥浆体构造愈加致密。利用工业镁渣生产水泥不仅能够解决环境污染问题，还能提高水泥产量和降低水泥生产成本。3.2脱硫剂樊保国[6]利用镁渣和粉煤灰的水合反响，制备了可用于循环流化床锅炉的脱硫剂，并进一步分析了脱硫剂孔构造分形维数对脱硫能力的影响。研究结果表示清楚，水合作用可提高镁渣比外表积，分形维数2.595时，脱硫反响的钙转化率到达最大值；进而到达较好的脱硫效果，为在循环流化床锅炉中应用镁渣作为脱硫剂提供了重要的根据。有学者研究发现，炽热镁渣激冷水合处理后脱硫能力提高，韩飞[7]进一步分析了激冷水合经过中镁渣晶体构造与镁渣脱硫活性的关系。结果表示清楚：随镁渣激冷温度升高，-C2S增加，促进了具有发达孔隙构造的C-S-H生成，提高了物理吸附能力；晶粒细化程度增大，-C2S晶胞参数变化引起的晶格缺陷增加，加强了化学吸附能力。3.3胶凝材料利用镁渣的本身膨胀来抵消水泥基胶凝材料的本身收缩行为，不仅使得镁渣能得以利用，同时还能改善胶凝材料的自收缩危害。肖力光[8]配制了镁渣胶凝材料，并讨论了镁渣掺量、物料粉磨工艺、辅助激发剂复掺对镁渣胶凝材料强度的影响。研究表示清楚：当镁渣与矿渣掺量相等时，镁渣胶凝材料有较好的强度；先混后磨工艺所制备的镁渣胶凝材料强度更高层次；复掺水玻璃、硫酸钠、石膏三种辅助激发剂后，镁渣胶凝材料强度性能到达32.5强度等级复合水泥标准要求。3.4新型墙体材料赵爱琴[9]利用镁渣研制新型墙体材料，制得的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，其各项指标均到达有关技术标准。肖力光[10]利用自主研发的镁渣胶凝材料[8]作为胶结料，与EPS超轻集料及其它外加剂制成具有优良性能的墙体材料，并进一步研究了各种因素对墙体材料性能的影响，确定了利用镁渣胶凝材料与EPS制成墙体材料的最佳配方，检测发现墙体材料28d抗压强度达6.5MPa,-25～25℃条件下25次冻融循环后质量损失小于l%，强度损失为10%，表示清楚该墙体材料轻质、高强、耐久性好。3.5陶粒支撑剂近年来，很多学者研究发现，工业废弃物镁渣能够代替La2O3,Cr2O3和TiO2作为辅料来制备陶粒，探寻求索出一条利用镁渣废弃物的新途径。郝惠兰[11]以山西阳泉铝矾土和煤矸石为主要原料，工业废弃物镁渣为添加剂，在1180～1350℃下烧结制备陶粒支撑剂。研究表示清楚，在不同烧结温度下，制得的陶粒支撑剂，其各项性能均符合行业标准要求。田玉明[12]进一步分析了添加镁渣对陶粒支撑剂物相、显微形貌以及制备工艺中的资源、能源消耗的影响。研究发现，镁渣与原料中的一些氧化物在高温下构成了液相，使得陶粒具有更好的力学性能；添加镁渣后，不仅降低了陶粒的烧结温度，还能够利用皮江炼镁废渣，产生良好的经济效益。实验得出的数据为工业生产作业提供了参考。以工业废弃物镁渣取代传统添加剂，在保证陶粒支撑剂性能的同时，显著降低了陶粒成本，是镁渣资源化的新途经。4瞻望当前，国内外专家学者对皮江炼镁废渣再利用方面做了大量探寻求索性研究，但均停留在试验研究阶段，没有构成产业化，无法真正意义上实现镁渣的零排放、无污染。随着全球环境问题的日益重视，国家应该从政策和资金上对镁渣研究开发给予一定的扶持，镁企业应该发挥本身市场优势，联合高校或科研院所，借助其科研优势，展开产学研合作，实现科研成果向市场转变，最终实现商品化，真正从根本上解决镁渣环境污染问题。以下为参考文献[1]HalmannM,FreiA,steinfeldA.MagnesiumProductionbyPidgeonProcessinvolvingdolomitecalcinationMgOsilicothermicreduction:thermodynamicandenvironmentalanaleses[J].Ind.Eng.Chem.Res.,2008,47(7):2146-2154.[2]RamakrishnanS,KohunP.GlobalwarmingimpactofthemagnesiumProducedinChinausingthePidgeoncess[J].Resources,ConservationRecycling,2004,42(1):49-64.[3]嵇鹰，陈冠君，李霞.镁渣冷却速率对其物化性能的影响[J].硅酸盐通报，2021,34(1):36-42.[4]徐祥斌，曹慧君.镁渣物理化学性质的研究[J].中国有色冶金，2021(5):73-76.[5]彭小芹，王开宇，龚明非，等.镁渣硅酸盐水泥的性能[J].土木建筑与环境工程，2018,33(6):140-144.[6]樊保国，段丽萍，姬克丹，等.镁渣脱硫剂孔隙构造分形特性的研究[J].工程物理学报，2021,36(3):678-682.[7]韩飞，贾里，乔晓磊，等.镁渣晶体构造对脱硫活性影响实验[J].化工进展，2022,38(7):3319-3325.[8]肖力光，雒锋，王淑娟.镁渣胶凝材料强度影响因素的研究[J].建筑材料学报，2018,14(5):680-684.[9]赵