[发明专利]一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种工业废渣的资源化利用技术，具体为一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方

法，固化后制品具有较高的力学强度和耐久性，可作为承重/非承重砖、人行步道砖等建材制品使用。

背景技术

硼泥是硼化工行业采用碳碱法生产水合硼酸钠（即硼砂）所排出的废弃物，其主要化学成分为MgO和SiO₂，多以菱镁石（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大致在10%~30%范围。由于碱性较大（pH = 8 ~ 10）、细度高（100目左右），硼泥在脱水干燥后易于粉化飞散，造成严重的粉尘污染并对水源、土壤形成污染。

我国为硼资源大国，但自有矿藏以硼镁矿和硼铁矿为主，硼含量相对较低，提炼硼砂后会余留大量的废渣、尾矿。以硼镁矿为例，每生产lt硼砂所排出的硼泥达到4t左右；如采用含硼量更低的硼铁矿为原料，则硼泥排出量还要增加。据不完全统计，仅辽宁省每年排出的硼泥就达100万t，历史存留量超过1000万t；传统上硼泥排放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，导致农作物减产甚至绝收。

从资源回收利用角度，可将硼泥用于提炼氧化镁/氢氧化镁、白炭黑等，或者替代粘土用于生产烧结砖或免烧砖，或者用于制备冶炼球团剂、废水絮凝剂，也可用作塑料填料、配制建筑砂浆或硼肥等。但总体上来说，当前的硼泥利用项目仍存在品种单一、规模偏小的缺陷，每年硼泥的回收利用量仅在30万吨左右，不足硼泥年排放量的1/3。究其原因，主要是硼泥的成分复杂、质量波动大，导致在产品质量、生产成本、工艺成熟度等方面遇到诸多问题；另一方面，也必须顾及产品类型及市场容量方面的因素，如能开发一种原料要求低、产品质量好、市场容量大的产品，实现硼泥利用的资源化、无害化和产业化，可以取得显著的经济和环境效益，有利于解决硼泥这一政府部门、硼化工企业和广大硼产区人民所关注的热点问题。

建筑材料行业是硼泥综合利用的重要领域之一，具有废渣消纳容量大、对原料质量要求低的特点，目前已进入商业化阶段的产品及其生产工艺主要包括烧结法生产的耐火材料、砖瓦、微晶玻璃、陶瓷锦砖等，也可以作为填料用于水泥、砂浆等。比较而言，烧结法工艺可以提高硼泥活性，使其与其它矿物融结形成致密度好、强度高的制品，但能量消耗相对较多，增大了生产成本；而在常温环境中，硼泥组分的活性较低，通常只能作为惰性填料使用，或起到替代粘土的作用，即使匹配活性较高的水泥或石灰，力学性能方面的表现仍不能尽如人意，限制了硼泥的有效利用率。折衷方法是将硼泥采用适当方法活化后，提高水化反应、加速化合反应，目标生成具有较高力学强度和耐久性的建材制品。

    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，可通过焙烧活化和水热反应过程，通过体系温度的上升来提高硼泥的反应活性并使其与具有火山灰质活性的物质如粉煤灰反应、化合成具有较高力学强度和耐久能力的产物如水化硅酸镁相等，实现硼泥的固化强化与建材利用。

发明内容

本发明的目的，提供一种利用硼泥和粉煤灰合成硅酸镁建材制品的方法，是通过焙烧过程激发硼泥中镁质组分和粘土类杂质矿物的反应活性，使其与粉煤灰发生水热化合反应，目标产物是具有较高力学强度和耐水、耐候性能的水化硅酸镁相如蛇纹石等，使得硼泥转化为具有一定应用价值的建材制品，获得环境保护和商业应用方面的双重收益。

本发明的技术方案的要点在于：首先将硼泥置于600 ~ 1000 ℃条件下焙烧活化，可使得原料中的菱镁组分（MgCO₃）转化为高活性的氧化镁，再与粉煤灰中的活性SiO₂、Al₂O₃在水热条件下发生化合反应，生成的水化硅酸镁相如蛇纹石等可将硼泥粘结成一个坚固整体。从化学反应原理的角度，本发明中硼泥的水热固化过程可归纳为：

1. 转化反应：发生在硼泥焙烧阶段，主要表现为菱镁石（碳酸镁）的分解反应：

MgCO₃ ? MgO+ CO₂

此时，如硼泥中混杂有粘土质矿物如高岭土等，随焙烧温度的提高，也可以发生相应的脱水反应，