CN102924044A - 一种用于硼泥固化的直接水热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硼行业废渣硼泥的综合利用方法，具体为一种用于硼泥固化的直接水热转化方法。该方法以硼泥和粉煤灰为基本原料，在160~240℃饱和水蒸气环境中完成硼泥内菱镁石（MgCO3）向水镁石（Mg(OH)2）的转化反应以及Mg(OH)2与粉煤灰之间的原位水热化合反应，最终获得具有较高力学强度和耐久性的块状固体。为加快反应速度、提高转化率，在水热环境中引入潮湿消石灰用于消耗转化反应产生的CO2，同时加入适量可溶性镁盐作为反应助剂。本方法不仅适用于硼泥的转化固化，也适用于其它含有MgCO3的工业废弃物的回收利用。

Description

一种用于硼泥固化的直接水热方法
技术领域
本发明涉及一种工业废渣的资源化利用技术，具体为一种用于硼泥固化的直接水热方法，固化后制品具有较高的力学强度和耐久性，可作为墙地砖、人行步道砖等建材制品使用。
背景技术
硼泥是硼化工行业的主要废弃物之一，通常碳碱法生产l吨硼砂就要排出4吨硼泥，仅辽宁省每年排出的硼泥就达100万吨。硼泥的主要化学成分为MgO和SiO2，以菱镁石（MgCO3）和镁橄榄石（2MgO·SiO2）形式存在，总含量约占总质量的70%，其中MgCO3多在10%~30%波动，因此硼泥多呈碱性，pH值8~10；细度大，粒径100目左右。长期以来，硼泥的处置主要采用露天堆存或深埋处理的方式，不仅占用大量土地，而且会使堆场附近的土壤碱化，导致农作物减产并引起硼的迁移转化；干燥后粉化严重，易随风飞散，对周边大气环境造成严重的粉尘污染。
硼泥综合利用主要是针对硼泥中富含的MgO和SiO2，用于提炼氧化镁/氢氧化镁、烧制耐火材料、制备冶炼球团剂或废水絮凝剂、用作塑料填料、生产建筑材料等。但由于工艺成熟度以及生产成本等诸多因素，每年硼泥的回收利用量仅在30万吨左右。如何进一步实现硼泥的资源化、无害化和产业化利用，仍是各级政府、硼企业和广大硼产区人民关注的热点问题。
建筑材料是硼泥综合利用的重要方向之一，其特点是废渣消纳容量大、对原料质量要求低，因此适合于硼泥的规模化利用。在高温条件下（>500℃），硼泥中的菱镁石转化为活性更高的MgO，可与其他组分化合成形成稳定产物，用于烧制耐火材料、砖瓦、微晶玻璃、陶瓷锦砖等，但升温焙烧需要专用设备并提供足够的热量，工艺成本较高。常温情况下，因活性不足，硼泥只能作为惰性填料使用，如调制水泥、砂浆等，必须与水化活性较高的物质如水泥、石灰等匹配使用，其硼泥利用率也相对较低。
为提高硼泥的水化活性，改善制品力学强度，提高硼泥回收利用率，可适当提高反应温度并提供充足的饱和水蒸气，即在水热反应条件下，使硼泥中的镁质组分与可提供活性SiO2的物质如粉煤灰发生水热化学反应，生成水化硅酸镁相如蛇纹石等，进而形成具有较高力学强度的块体固体，可用于硼泥的转化固化与建材利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硼泥固化的直接水热方法，充分开发硼泥中镁质组分的反应活性，使其与粉煤灰发生水热化合反应，进而固化为具有较高力学强度的块状制品。
本发明的技术方案的要点在于：首先将硼泥中含有的菱镁石组分（MgCO3）转化为高活性的氢氧化镁，然后与粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3在水热条件下发生化合反应，生成水化硅酸镁如蛇纹石等产物，并将硼泥固化成一个整体。但是，碳酸镁向氢氧化镁的转化过程十分困难，速度缓慢；如反应在密闭环境中进行，反应生成的CO2浓度不断提高，也会阻碍转化过程的进行。因此，本发明中在密闭反应环境中引入潮湿的消石灰，可消耗转化反应产生的CO2，降低环境中CO2分压，保证转化反应的顺利进行，实现本发明的技术目标；同时，在反应体系中加入适量可溶性镁盐作为反应助剂，目的提高溶液中镁离子浓度，加速碳酸镁转化反应的进程。
从化学反应原理的角度，本发明中硼泥的直接水热固化过程可归纳为：
1. 转化反应：先后发生在硼泥和消石灰中，在潮湿体系环境中，
硼泥中： MgCO3 + n H2O ® Mg(OH)2 + CO2 + (n-1) H2O
消石灰中：Ca(OH)2 + CO2 + m H2O ® CaCO3 + (m+1) H2O
总反应： MgCO3 + Ca(OH)2 ® Mg(OH)2 + CaCO3
即 碳酸镁与氢氧化钙同时转化为溶解度更低的氢氧化镁和碳酸钙；如溶液中加入可溶性镁盐，可提高镁离子的浓度，有利于转化反应的进行。
2. 水化反应发生在氢氧化镁与粉煤灰之间，具体为氢氧化镁与粉煤灰中含有的活性SiO2和Al2O3反应形成水化硅酸镁等水化产物，在本发明所设计配比条件及水热反应温度下，反应产物为蛇纹石相；如加大硼泥用量，也可形成镁硅比更低的滑石相，但对固化体强度不利。
根据上述反应原理及历程，本发明中硼泥的直接水热固化工艺主要包括以下步骤：
1. 根据硼泥中MgCO3含量的高低，将硼泥、粉煤灰、可溶性镁盐、水按1：0.2~1.0：0.002~0.006：0.1~1.0的质量比混合均匀，压力成型机2~20MPa压制成型。
2. 成型后样品置于密闭容器中，加热至160~240℃、恒温4~12小时；容器内应同时配备有潮湿状态的消石灰，消石灰用量为硼泥重量的20% ~ 50%，由消石灰：水 = 1：30%~70%（质量比）混制而成。
水热固化过程中使用了反应助剂，即可溶性镁盐，可选用氯化镁、硝酸镁或硫酸镁中的一种，或加入含有类似组分的工业废液如卤水，也可加入适量稀酸（与MgCO3反应生成氯化镁、硫酸镁等可溶性镁盐）。
本发明的有益技术经济效果是：
1. 本发明所提供方法不需经过常规的焙烧活化，即可使硼泥发挥出较高活性，在水热条件下与粉煤灰反应形成具有较高力学强度的制品，技术合理，工艺简单，因此可望取得更加的经济效果。
2. 本发明所提供方法的硼泥利用率高，可达50%~80%，可消纳大量硼泥；另一基本原料-粉煤灰也是常见工业废渣之一，容易获取，价格低廉；反应所需消石灰作为辅助性原料可回收处理、重复使用，也可直接掺入反应原料、最终成为固化制品的组成部分，进一步降低生产成本。
3. 硼泥水热固化体具有较高的力学强度和耐久性，可作为墙地砖、堤坝防护材料等使用，具有一定的使用价值和经济价值，同时硼、碱等组分被固定在制品内部，不易流失，可避免对环境的二次污染。
4. 本方法不仅适用于硼泥的回收利用，也可作为其它含有碳酸镁的工业废渣、尾矿如低品位菱镁矿的固化处理，取得社会、经济和环保等多方面的收益。
附图说明
图1为硼泥原样的典型XRD谱图，图中衍射峰标记“L”代表菱镁石（MgCO3），“G”代表镁橄榄石（2MgO·SiO2）。
图2为亚烟煤型粉煤灰的典型XRD谱图。XRD分析表明，粉煤灰中除大量铝硅玻璃体之外，杂质相主要为石英（SiO2，图中衍射峰标记为“S”）和莫来石（3Al2O3·2SiO2，图中标记为“M”）。
图3为水热反应前后，反应混合物的典型XRD谱图，可以发现，指认为菱镁石“L”的衍射峰强度明显降低，同时有正蛇纹石相“C”的弱、宽衍射峰出现。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明加以说明，但发明内容不局限于所述实施例：
实施例1
含有30% MgCO3的硼泥风干、粉碎后，称取1kg，与0.7kg粉煤灰（II级）混合均匀，再加入0.17kg自来水（固含物质量的10%，加六水氯化镁5g））充分混匀；称取200g混合物置于压模中，经20kN压力成型得到边长50mm的立方体试块（最多可得8块）。成型后样品放入水热反应釜中，同时放入潮湿消石灰（石灰中加入水70%）0.5kg；升温至200℃、恒温6小时后自然冷却。水热固化后样品烘干后表观密度约1.6g/cm3，平均抗压强度10MPa。XRD结构分析表明，与水热前反应混合物相比，固化体归属于菱镁石的特征衍射峰明显降低，同时出现了正蛇纹石相的衍射特征峰，但衍射峰呈矮平丘状（见图3），表明产物的结晶度较差，可能为细小、不规则的微晶。
实施例2
与实施例1的差别在于，配料及混匀过程中，不加入反应助剂—六水氯化镁，所得样品平均抗压强度约6MPa。
实施例3
与实施例1的差别在于，水热反应温度提高至240℃、反应时间不变，则固化体强度可提高至12MPa以上。
实施例4
与实施例1的差别在于，水热反应温度不变，但反应时间延长至12小时，则固化体强度可提高至约10.5~11.0MPa。
实施例5
与实施例1的差别在于，样品压制成型压力降低至5kN，则固化体密度略有降低，约1.45g/cm3，样品强度也减少到5MPa左右。

Claims (4)

1. 一种用于硼泥固化的直接水热转化方法，包括硼泥中菱镁石MgCO3向Mg(OH)2的转化过程以及Mg(OH)2与粉煤灰之间的原位水热化合反应，其特征在于：将硼泥、粉煤灰、可溶性镁盐、水按1：0.2~1.0：0.002~0.006：0.1~1.0的质量比混合均匀，2~20MPa压制成型后置于密闭容器中，在160~240℃饱和水蒸气条件下反应4~12小时，容器内应同时配备有足量潮湿状态的消石灰。
2. 根据权利要求1所述一种用于硼泥固化的直接水热转化方法，可溶性镁盐作为反应助剂可起到加速菱镁石MgCO3向Mg(OH)2转化的作用，可采用化工原料或工业废渣废液，其特征在于：可溶性镁盐，为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或其混合物。
3. 根据权利要求1所述所述的一种用于硼泥固化的直接水热转化方法，潮湿消石灰，作用是消耗菱镁石（MgCO3）向Mg(OH)2转化过程所产生的CO2、提高转化率，其特征在于：Ca(OH)2有效含量为硼泥量的20% ~ 50%，由消石灰：水 = 1：30%~70%的质量比混制而成。
4. 根据权利要求3所述的一种用于硼泥固化的直接水热转化方法，所述潮湿消石灰，与硼泥、粉煤灰、水同处于水热反应容器中，其特征在于：潮湿消石灰可单独放置，也可作为固化体组成部分直接混入反应混合物中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103553537A (zh) * 2013-10-22 2014-02-05 沈阳建筑大学 一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方法
CN106045350A (zh) * 2016-04-12 2016-10-26 沈阳建筑大学 一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法
CN107759176A (zh) * 2017-11-17 2018-03-06 广州恩业电子科技有限公司 矿渣粉的固体废弃物综合利用制作建材材料

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1100384A (zh) * 1993-09-13 1995-03-22 高佳令 一种从硼泥中提取轻质碳酸镁的方法
WO2006123284A2 (en) * 2005-05-19 2006-11-23 Labuschagne Frederik Johannes Production of hydrotalcite
CN102424408A (zh) * 2011-08-03 2012-04-25 深圳市信诺泰投资管理有限公司 一种综合利用硼泥的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1100384A (zh) * 1993-09-13 1995-03-22 高佳令 一种从硼泥中提取轻质碳酸镁的方法
WO2006123284A2 (en) * 2005-05-19 2006-11-23 Labuschagne Frederik Johannes Production of hydrotalcite
CN102424408A (zh) * 2011-08-03 2012-04-25 深圳市信诺泰投资管理有限公司 一种综合利用硼泥的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103553537A (zh) * 2013-10-22 2014-02-05 沈阳建筑大学 一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方法
CN103553537B (zh) * 2013-10-22 2015-05-13 沈阳建筑大学 一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方法
CN106045350A (zh) * 2016-04-12 2016-10-26 沈阳建筑大学 一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法
CN107759176A (zh) * 2017-11-17 2018-03-06 广州恩业电子科技有限公司 矿渣粉的固体废弃物综合利用制作建材材料

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