摘 要

详细介绍了镁渣应用新工艺，解决炼镁企业“发展与污染”的矛盾。通过镁渣泡沫玻璃、钙镁硅复合肥、固化剂、胶凝 材料、混凝土膨胀剂、陶粒支撑剂和多孔陶瓷滤球等新工艺可促进镁渣综合利用。钙镁硅复合肥用镁渣与碳酸钾反应制备，也可在炼镁时添加难溶性含钾矿石实现附产含钾肥。镁渣对高含水水泥粉砂土实现软土固化可提高路基寿命，粉砂土液化现象明显改善。镁渣在实现固化/稳定溶液重金属方面具有高潜力，镁渣胶凝材料可生产质轻、耐久性好、高强度新型墙体材料。未来应重点研究改善镁渣活性和利用率，如开展镁渣微晶玻璃或镁渣固化的研究。

关键词：镁渣; 固化; 环境污染

我国炼镁企业发展迅速，皮江法炼镁技术设备投入少、成本低，但生产1t镁产渣6.5～8.0t，目前企业镁处理渣主要以填埋和堆积为主，污染土地并阻碍农作物生长，并造成资源浪费和生态环境的破坏。皮江法炼镁渣含有大量的β－2CaO·SiO2 (s)，具有较高活性，但在扒渣冷却过程中，当温度降到798K下则转变成γ－2CaO·SiO2，体积增大12%，所以在冷却时容易发生粉化现象，导致渣中粒径 147 μm 以下细粉高达 60%以上，流动到空气中不仅污染环境还引起人类呼吸道不适，高碱性的还原镁渣冷却时也吸收空气中水分而潮解，合理利用镁渣关系到企业发展和环境的改善。 

镁渣作为钢铁脱硫剂或循环流化床锅炉脱硫时所需反应温度较高、可能产生温降、设备要求较高、效率低等问题使应用受限。生产复合硅酸盐水泥和新型墙体材料时，二次煅烧浪费资源，而且由于MgO含量过高使水泥、墙体材料出现松动和胀裂等问题，镁渣使用量有限，需扩大镁渣应用方向，通过镁渣泡沫玻璃、钙镁硅复合肥、固化剂、胶凝材料、混凝土膨胀剂、陶粒支撑剂和多孔陶瓷滤球等新工艺促进镁渣综合利用，本文中将详细介绍镁渣应用新工艺，解决镁“发展与污染”的矛盾。

01、微晶泡沫玻璃

特定条件下玻璃发生晶化得到晶粒细小并均匀 分布的微晶玻璃，材质介于陶瓷和玻璃之间，力学性能、耐腐蚀性及热稳定性优，主要生产工艺多采用烧 结法和压延法等，具有较高经济附加值。有色金属 水淬渣多为亮黑色，含硅酸铁较多，目前铜、铅、镍炉渣生产微晶泡沫玻璃研究较多，镁渣应用较少。

微晶泡沫玻璃以控制玻璃结晶，用 TiO2、CaF2、 ZrO2、P2O5、Cr2O3、Fe2O3、V2O5、MnO2、MoO3 氧化物作晶核剂，诱导成核并促进晶体的生长。此类晶核剂在熔融玻璃冷却时呈溶解状态，但在后续热处理时可能会析出，促使整体析晶。晶核剂容易在玻璃中扩散，固废成分不同产生不同的析晶效果，通过热处理（原料焙烧除水和易挥发分，优化和再融化），改善微晶玻璃成品性能。后续经过浇注、水淬或破碎后再烧结，但产生过多废液，烧结后通过热处理工艺进一步减少内应力和玻璃急冷现象，最终生成晶体。为减少成品变形，则通过合理控制温度增长改善晶体长大过程，传统两步法工艺包括发泡和热处理析晶，低温（玻璃转变温度附近）热处理大量形核，然后高温热处理促进晶核长大速率，可以根据发泡质量好坏快速调整工艺参数。为简化工艺也可采用一步法降低能耗，但只适用小规模生产，能耗大。

镁渣成分中存在大量的钙、镁、硅氧化物，但碱度大不能直接用于微晶泡沫玻璃制备，需添加助溶剂和玻璃粉降低镁渣碱度，并改善软化温度和耐腐蚀性能，达到泡沫玻璃生产条件。杨卓晓利用 Na2CO3 作发泡剂，分析纯六偏磷酸钠稳定气泡，助熔剂硼砂降低烧结温度，此外，Na2CO3分解产物是强效助熔剂 Na2O，促进 Si—O 键断裂，所得泡沫玻璃内部析出微晶 CaSiO3 以及 Ca2 SiO4，继续添加镁渣导致微晶尺寸增大，当渣量超过35%时，可能产生CaAl2 Si2O3、Ca2Fe2O5 等晶体，当加入助熔剂2%、稳泡剂3%、发泡剂2%、反应30min、温度950℃时，泡沫玻璃综合性能最好。此外，还需考虑可能出现的重金属问题，目前微晶玻璃用于建筑墙体隔热，若能扩大其耐腐蚀和多孔性能，比如生物玻璃植入等，可扩大应用领域，提高使用价值。

02、硅钾复合肥

我国严重缺钾，探明的可溶性钾只占全球的 2%，钾长石的开发煅烧能耗高、排放高，烟气需脱硫脱硝，高成本低售价，企业经济效益差。钾长石制得钾肥中重金属等杂质含量难控制，使用安全性低，肥料煅烧时氧化硅与碳酸钙形成水硬性的 β－2CaO· SiO2，极易造成土壤板结。镁还原渣中含有对土壤有益元素 Ca、Mg、Si、Fe，有害金属含量低，Cr 以毒性较小的 Cr3+ 存在，铬铜镍浸出质量浓度均低于危险废物标准限值，污染风险低。传统工艺使用磷酸、硫酸或盐酸对镁渣改性处理后制备肥料，工艺复杂且存在废液回收和析出有害元素，李咏玲采用碳酸钾高温分解得到氧化钾，再与镁渣反应得到 K2O－ CaO－SiO2 和 K2O－MgO－SiO2渣系，加热温度、冷却方式、镁渣粒度、K2O 添加量等影响肥料结晶性能，此外，添加3% MgO 利于 Mg2 SiO4 结晶相生成，可改善肥料中钾缓释性与硅溶出性。Xia等针对NPK肥（nitrogen－phosphorus－potassium）中Ca、Mg、Si等次级元素不足导致农作物抗虫、抗病能力较低的问题，利用镁渣制备得到 Ca－Mg－Si 复合肥应用效果优于市场上同类化肥，抗虫性更高，作物生长周期缩短且产量提高。

若在皮江法炼镁工艺原料中加入难溶性含钾矿石，炼镁的同时附产含钾复合肥料，实现镁渣的合理回收，炼镁时镁渣中的 CaO 与含钾原料反应生成硅钙酸盐，钾实现可溶性转变; 同时，真空条件的使用减少重金属挥发逸出，镁渣内重金属量明显降低，提高镁渣对作物的安全利用性; 此外，由于炼镁还原工艺时间长，可减小镁渣冷却速度和自粉化，β－2CaO· SiO2转变成 γ－2CaO·SiO2，改善硅酸钙水硬性引起的土壤板结。镁渣利用价值高，克服难溶钾肥原料煅烧时重金属含量高且能耗高的缺点，一举两得，工艺简单，提高企业社会和经济效益。