硼泥的性质及综合利用

硼泥的性质及综合利用

单松高　阎加强　陈　文　伍卫琼　(武汉工业大学材料学院)

摘　要　简要介绍了硼泥的产生、组成及性质,重点讨论了硼泥在建材、化工、冶金等领域的再生利用,以期加速推广硼泥的综合利用,减少污染,保护环境。

关键词　硼泥　综合利用　性质

1　前　言

硼泥是工业上利用硼镁(铁)矿生产硼砂后排出的废渣,每生产一吨硼砂约排出4～5吨硼泥。目前我国硼砂生产厂较多,每年有大量硼泥排出并堆积野外,侵占土地,污染环境。因此,分析研究硼泥的性质,开发应用这种二次资源,对提高经济效益,减少环境污染,促进资源再生都有重要意义。

2　硼泥的产生、组成与性质

硼泥的组成与生产硼砂的原料及其工艺密切相关。生产硼砂的主要原料是硼镁矿(2M g O・B2O3・H2O),硼镁矿中伴有部分蛇纹石、磁铁矿及少量白云石、真绿泥石、滑石及云母等杂质。利用硼镁矿生产硼砂的方法主要有加压碱解法和碳碱法两种,加压碱解法的原理可表示为:

2M gO・B2O3+2NaOH+H2O

2NaBO2+2Mg(OH)2(1)　4NaBO2+CO2Na2B4O7+Na2CO3(2)碳碱法生产硼砂的原理为:

　2(2Mg O・B2O3)+Na2CO3+2CO2+ x H2O Na2B4O7+4M g O・3CO2・x H2O

(3)

硼泥的主要化学组成为M gO和SiO2,并含有一定量的Fe2O3、B2O3和少量CaO、Al2O3等,表1列出了国内部分厂家硼泥的化学成分。

表1　国内部分厂家硼泥的化学成分

厂 名SiO2M gO TFe B2O3Al2O3CaO R2O IL T otal 鞍山化工建材厂32.2043.43 4.900.74 2.56 2.090.6514.07100.64凤城二台子硼矿32.6323.94 2.38 5.64 2.56 5.86///

四宝山硼砂厂20.8331.3214.59 3.15 1.02 2.56///

辽阳冶建化工厂32.6828.2314.21 2.53 1.19 2.110.68512.7594.385沈阳农药厂22.6034.517.75 4.580.099 2.310.048//

开原化工厂25.6137.03 5.98 4.400.065 3.080.35//

牡丹江化工二厂23.1628.5613.18 3.90 4.98 3.65/13.9391.36牡丹江化工二厂23.4436.74 6.89 6.10 1.34 2.41/15.8892.80

通过X射线衍射(XRD)分析、能谱分析(EDS)及扫描电镜(SEM)观察发现,硼泥的主要矿物组成为含铁的镁橄榄石〔2(M g、Fe) O、SiO2〕、蛇纹石、菱镁石、石英、斜长石、钾

37

山东建材 1998年第2期

长石、磁铁矿以及一些非晶质颗粒。硼以微量存在于其它矿物中,不形成独立的含硼矿物。高温煅烧后的硼泥的主要矿物组成为橄榄石、方镁石及少量的铁酸镁。

工厂以湿排方式排放的硼泥中含水率在30%～35%左右,呈泥状物,潮湿时呈棕褐色,粒度较细,有较好的可塑性,干燥后结成泥块,但极易破碎和磨细。其主要物理性能指标如下:

干容重:1200～1250kg/m3

湿容量:1500～1700kg/m3

比　重:2.85～2.95g/cm3

pH值:～9.8

可塑性指标:2.5～3.0

3　硼泥的综合利用

3.1　用于建筑砂浆、混凝土及路基混合料中

硼泥中含有较多的非晶质颗粒,具有一定的活性。在混合砂浆中以硼泥取代石灰,其强度不仅不降低,反而有所提高。如25号砂浆强度可提高28%,50号砂浆强度可提高35%,75号砂浆强度提高近60%,且砂浆的和易性及抗冻性等指标均满足施工规程的要求。在拌灰砂浆中,以硼泥取代石灰后,25#和50#硼泥砂浆的粘结强度可分别达到0.35和0.46M Pa,砂浆导热系数分别为0.417W/ (m.K)和0.427W/(m.K),均优于同标号石灰混合抹面砂浆的性能。

在混凝土中以硼泥取代10～20%的水泥,可改善混凝土的施工和易性,提高其早期强度、抗折强度、抗冻性及抗渗性,若与粉煤灰混掺使用则综合效果更佳。

在路基混合料中以硼泥取代石灰,可获得较高的早期强度,便于及早开放交通,且路基其它性能(如抗冻性、弯拉强度、弯拉模量、回弹弯沉值等)均优于普通石灰和级配砂砾(碎石)基层;若超量取代效果会更好。3.2　制作耐火材料

硼泥的主要化学成分为M gO和SiO2,可用作镁质原料制备堇青石或镁橄榄石质耐火材料。以硼泥代替滑石,将粘土与硼泥的混合料在1300℃×0.5h烧结,可制得热膨胀系数为2.75×10-6K-1(20～800℃),体积密度为1.89g/cm3的堇青石材料。与在同样组成和工艺条件下用粘土和滑石合成的堇青石相比,不仅合成温度可降低约50℃,且相同温度下堇青石生成量更高。合成的堇青石熟料外观颜色为黄褐色,可添加到其他材料中(如红外辐射材料、太阳能辐射板等)以提高其热稳定性。

以硼泥代替滑石还可在较低温度下制备莫来石——堇青石质匣钵。研究表明以硼泥代替滑石后匣钵的各项主要性能得到改善,尤其是热稳定性和抗折强度显著提高。若使用经1100℃×0.5h条件下预烧的熟硼泥,则可进一步降低钵料的烧成收缩。产品经小批量生产性试验证明,其应用效果优于以滑石的镁质原料的匣钵,经济效益显著。

硼泥还可做的主要原料,辅以10～30%的镁砂,加入3～5%的粘结剂,压制成型经1500～1550℃烧结后可制得镁橄榄石制品。制品的表观密度为2.76～2.78g/cm3,孔隙率为17～19%,常温抗压强度大于70M Pa,耐火度高于1750℃,荷重软化温度高于1540℃,热震稳定性5～7次(1100℃～室温,空冷),能够满足耐火材料的性能要求。

3.3　制作微晶玻璃

以硼泥、粉煤灰及含钛废渣为主要原料,加入少量焦磷酸钠可制作微晶玻璃。玻璃的组成为SiO235～55%,Al2O318～28%,Fe2O3 +FeO2～11%,CaO1～5%,Mg O7～14%,K2O+Na2O1～4%,T iO20.5～5%, P2O50～1%。玻璃经1450℃±20℃熔化,

38

单松高　阎加强　陈　文　伍卫琼 硼泥的性质及综合利用