有色镁渣

《有色金属冶金学》报告

2016年 4月

我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位，国际市场上超过50%的原镁由我国提供。近年来，随着我国硅热法炼镁的迅猛发展，镁还原渣(简称镁渣)的产量越来越多，硅热法炼镁，以目前的生产工艺和普遍的白云石矿物组成情况，每生产一吨镁将会产生大概6-7吨的镁还原废渣，也就是说，我国每年产生了超过500万吨镁还原废渣。如此大量的镁渣如果得不到有效利用，不仅是对资源的浪费，而且占用了宝贵的土地资源，且堆放的镁渣在雨水淋洗下，氟的溶出严重恶化周边生态环境。大量排放的镁废渣已成为影响和制约镁行业发展的瓶颈，因此按照建设资源节约型和环境友好型社会的要求，以及发展循环经济的理念，寻求一条消化利用镁渣的有效途径，成为冶炼金属镁行业实现可持续发展和做强做大战略的重中之重。

利用金属镁渣制作矿化剂。矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的物质。在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂。加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1 200 ℃左右的高温煅烧后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗。因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。有研究表明：生料中加入10％左右的镁渣，煅烧时可以起到良好的矿化效果。镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。

利用镁渣生产建筑水泥。镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材，生产出的水泥质量较稳定，但是随着镁渣掺入量的增加，水泥早期强度有降低的趋势，

凝结时间延长。因此当镁渣用作水泥生产的混合材时，应该满足国家标准的相关技术要求。一种生产砌筑水泥。砌筑水泥是由一种或一种以上的活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入适量的硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。这种水泥强度较低，不能用于钢筋混凝土或结构混凝土，主要用于工业与民用建筑的砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土等。研究表明：镁渣的活性高于矿渣，易磨性比矿渣和熟料要好，利用炼镁废渣生产砌筑水泥，可以明显地提高水泥的活性，增加产量，降低水泥的生产能耗。一种生产复合硅酸盐水泥。复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20％，不超过50％。利用镁渣生产复合硅酸盐水泥的原理是在水泥生料中加入炼镁废渣，煅烧成硅酸盐水泥熟料后，再加入适量镁渣等掺料，磨细制得复合水泥（MgO 质量分数约为4.0％）。需要注意的是利用镁渣生产复合硅酸盐水泥，掺量范围应满足水泥中方镁石含量的限制要求。

利用镁渣研制新型墙体材料。将镁渣磨细与一定比例的磨细矿渣混合，在复合激发剂的作用下，配制胶结料生产各种新型墙体材料。其处理的工艺流程为：金属镁渣陈化及活化处理一原料配比计量一轮碾搅拌一振压成型一养护一检验。该工艺过程生产的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，其各项指标均能达到有关的技术标准，并且其生产工艺简单，成本低廉，产品性能优良，有较为广阔的市场前景。但由于氧化镁的存在，易出现体积膨胀、裂缝以及剥落等问题。

利用镁渣做脱硫剂。由于循环流化床锅炉脱硫技术主要是利用氧化钙进行脱硫，而镁渣中氧化钙的质量分数在50％左右，所以对镁渣进行脱硫性能的研究是有意义的。有研究表明：脱硫剂按25.5％计，Ca/S摩尔比为3，则在相当条件

下（粒径小于0.105 mm，900℃，φ（O2）为5％，φ（SO2）为0.2％，N2 作为平衡气），预计脱硫效率可达76.5％。分析结果得出脱硫效果主要与镁渣的粒径、孔隙率、脱硫温度等因素有关。粒径越小，孔隙率越高的镁渣，在适当的空气过量系数和温度下，可提高镁渣的脱硫效率。

利用镁渣于混凝土膨胀剂。崔自治等通过镁渣形成过程、组成、粉化、颗粒分析和安定性试验找出了镁渣体积膨胀性和膨胀滞后性的机理，镁渣颗粒粗以及f-CaO 和MgO 含量高是产生膨胀性危害和膨胀滞后性的主要原因；实际生产应用中可以通过磨细粒状渣、掺加其他活性掺合料、充分陈伏、添加引气剂、加快出罐冷却速度等方法来减轻镁渣膨胀带来的危害。南峰等[14]采用镁渣及其激发剂配制混凝土膨胀剂，并按照混凝土膨胀剂标准测试限制膨胀率及胶砂试件强度，结果表明，单独使用镁渣制备混凝土膨胀剂，水中养护7d 的限制膨胀率达不到JC476-2001 标准0.025%的要求，添加激发剂后可以显著提高镁渣的早期膨胀性能，并且各龄期的限制膨胀率及强度均符合混凝土膨胀剂的标准要求。

利用镁渣研制环保陶瓷滤料。徐晓虹等对利用镁渣研制新型环保陶瓷滤料进行了研究，将镁渣直接磨细与一定比例的磨细成孔剂及天然抗物烧结助剂混合，然后经过成球、干燥，并在隧道窑或梭式窑中于1 050～1 150 ℃烧成，得到环保陶瓷滤料。此方法的镁渣利用效率高，且所烧成的陶瓷滤料抗压强度达20 MPa，气孔率为37%，耐酸性为99.4%，耐碱性为99.9%，是一种具有广泛应用价值的高品质滤料，把该镁渣陶瓷滤料用于某油田含油废水处理，其水处理结果达到《碎屑岩油藏注水质推荐指标及分析方法SY5329-94》规定的A1 标准，见表2。用镁渣为原料做环保陶瓷滤料，能以废治废，既节省了镁渣的处理费用，又能对各种废水进行有效处理，是一种较佳的镁渣再生利用方案。

利用镁渣作为路用材料。张习贤等对镁渣作为路用材料进行了室内试验，得出镁矿渣掺加5%石灰或2%水泥稳定土，完全可以用做高级或者次高级路面的基层，镁矿渣经过球磨机或其他工艺磨碎后，其路用效果会更好，细度应小于0.9 mm 为宜，在随后进一步铺筑试验路的检验中，证明镁矿渣稳定土有很好的路用技术性能。镁渣可作为良好的路用材料在于镁矿渣中钙镁的含量很高，且具有比较高的活性，在基层中与土反应，生成不溶性含水硅酸钙与含水铝酸钙，呈凝胶状态或纤维状结晶体，使混合料颗粒之间的联结和粘结力加强，随着龄期的增长，这些水化物日益增多，使镁矿渣混合料基层获得越来越大的抵抗荷载作用的能力。

镁渣是生产金属镁时排放的工业废渣，产量大、污染环境，我们应开展镁渣的资源综合利用技术研究。镁渣自身具有很高的水化活性，可生成水化硅酸钙凝胶。因此，我们不仅可以利用镁渣作为胶凝材料，也可用于制备矿化剂、墙体材料、脱硫剂等产品，代替部分矿渣生产水泥，研究生产农业肥料等。同时开展清洁镁合金生产技术及产业化开发；智能化控制和管理镁生产过程，对炼镁过程中的废焦炉煤气集中处理和使用，从而降低镁工业的环境负荷，使镁工业环境协调发展。