[發明專利]一種利用硼泥和粉煤灰合成硅酸鎂建材制品的方法

有效

• 申請號: 201310497313.8
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103553537A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 佟鈺;劉俊秀;王琳;王寶金
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: C04B28/24
• 分類號: C04B28/24;C04B18/30
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 李宇彤

技術領域

????本發明涉及一種工業廢渣的資源化利用技術，具體為一種利用硼泥和粉煤灰合成硅酸鎂建材制品的方

法，固化后制品具有較高的力學強度和耐久性，可作為承重/非承重磚、人行步道磚等建材制品使用。

背景技術

硼泥是硼化工行業采用碳堿法生產水合硼酸鈉（即硼砂）所排出的廢棄物，其主要化學成分為MgO和SiO₂，多以菱鎂石（MgCO₃）和鎂橄欖石（2MgO·SiO₂）形式存在，總含量約占總質量的70%，其中MgCO₃大致在10%~30%范圍。由于堿性較大（pH?=?8?~?10）、細度高（100目左右），硼泥在脫水干燥后易于粉化飛散，造成嚴重的粉塵污染并對水源、土壤形成污染。

我國為硼資源大國，但自有礦藏以硼鎂礦和硼鐵礦為主，硼含量相對較低，提煉硼砂后會余留大量的廢渣、尾礦。以硼鎂礦為例，每生產lt硼砂所排出的硼泥達到4t左右；如采用含硼量更低的硼鐵礦為原料，則硼泥排出量還要增加。據不完全統計，僅遼寧省每年排出的硼泥就達100萬t，歷史存留量超過1000萬t；傳統上硼泥排放主要采用露天堆存或深埋處理的方式，不僅占用大量土地，而且會使堆場附近的土壤堿化，導致農作物減產甚至絕收。

從資源回收利用角度，可將硼泥用于提煉氧化鎂/氫氧化鎂、白炭黑等，或者替代粘土用于生產燒結磚或免燒磚，或者用于制備冶煉球團劑、廢水絮凝劑，也可用作塑料填料、配制建筑砂漿或硼肥等。但總體上來說，當前的硼泥利用項目仍存在品種單一、規模偏小的缺陷，每年硼泥的回收利用量僅在30萬噸左右，不足硼泥年排放量的1/3。究其原因，主要是硼泥的成分復雜、質量波動大，導致在產品質量、生產成本、工藝成熟度等方面遇到諸多問題；另一方面，也必須顧及產品類型及市場容量方面的因素，如能開發一種原料要求低、產品質量好、市場容量大的產品，實現硼泥利用的資源化、無害化和產業化，可以取得顯著的經濟和環境效益，有利于解決硼泥這一政府部門、硼化工企業和廣大硼產區人民所關注的熱點問題。

建筑材料行業是硼泥綜合利用的重要領域之一，具有廢渣消納容量大、對原料質量要求低的特點，目前已進入商業化階段的產品及其生產工藝主要包括燒結法生產的耐火材料、磚瓦、微晶玻璃、陶瓷錦磚等，也可以作為填料用于水泥、砂漿等。比較而言，燒結法工藝可以提高硼泥活性，使其與其它礦物融結形成致密度好、強度高的制品，但能量消耗相對較多，增大了生產成本；而在常溫環境中，硼泥組分的活性較低，通常只能作為惰性填料使用，或起到替代粘土的作用，即使匹配活性較高的水泥或石灰，力學性能方面的表現仍不能盡如人意，限制了硼泥的有效利用率。折衷方法是將硼泥采用適當方法活化后，提高水化反應、加速化合反應，目標生成具有較高力學強度和耐久性的建材制品。

????為提高硼泥的水化活性，改善制品力學強度，提高硼泥回收利用率，可通過焙燒活化和水熱反應過程，通過體系溫度的上升來提高硼泥的反應活性并使其與具有火山灰質活性的物質如粉煤灰反應、化合成具有較高力學強度和耐久能力的產物如水化硅酸鎂相等，實現硼泥的固化強化與建材利用。

發明內容

本發明的目的，提供一種利用硼泥和粉煤灰合成硅酸鎂建材制品的方法，是通過焙燒過程激發硼泥中鎂質組分和粘土類雜質礦物的反應活性，使其與粉煤灰發生水熱化合反應，目標產物是具有較高力學強度和耐水、耐候性能的水化硅酸鎂相如蛇紋石等，使得硼泥轉化為具有一定應用價值的建材制品，獲得環境保護和商業應用方面的雙重收益。

本發明的技術方案的要點在于：首先將硼泥置于600?~?1000?℃條件下焙燒活化，可使得原料中的菱鎂組分（MgCO₃）轉化為高活性的氧化鎂，再與粉煤灰中的活性SiO₂、Al₂O₃在水熱條件下發生化合反應，生成的水化硅酸鎂相如蛇紋石等可將硼泥粘結成一個堅固整體。從化學反應原理的角度，本發明中硼泥的水熱固化過程可歸納為：

1.?轉化反應：發生在硼泥焙燒階段，主要表現為菱鎂石（碳酸鎂）的分解反應：

MgCO₃???MgO+?CO₂

此時，如硼泥中混雜有粘土質礦物如高嶺土等，隨焙燒溫度的提高，也可以發生相應的脫水反應，