[发明专利]一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业废渣的资源化利用领域，具体为一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，采用水热固化工艺，固化后制品具有较高的力学强度，可用作建筑墙体材料、人行步道砖等。

背景技术

高炉矿渣是高炉炼铁过程中，由铁矿脉石、助熔剂(石灰石)等炉料中的非挥发性杂质以及燃料中的灰分经高温熔融、冷却后所形成的工业废渣，主要化学成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，其中CaO占30～50wt％，SiO₂占25～45wt％，Al₂O₃占5～20wt％，MgO占3～15wt％。高炉矿渣的排放量随着矿石品位和冶炼方法不同而变化，例如：采用贫铁矿为原料时，每吨生铁冶炼可排出1.0～1.2t(吨)的高炉矿渣；采用富铁矿炼铁时，每冶炼1吨生铁只产出0.25t的高炉矿渣。这些矿渣如不善加处理，不仅是对资源的极大浪费，日积月累也势必造成占地侵田、污染环境等一系列严重问题。

目前，高炉矿渣回收利用的最主要途径是将其加入至水泥、混凝土等建筑材料中，不仅可以起到填料作用，还可以利用矿渣的化学活性，在氢氧化钙Ca(OH)₂存在的情况下，通过一系列的物理化学过程生成水化硅酸钙等具有显著胶凝性质的反应产物。与矿渣作用的Ca(OH)₂可由硅酸盐水泥水化产生，也可源自单独加入的生石灰或消石灰等组分。此外，工程实践表明，硫酸盐类化合物，如：石膏(硫酸钙)、芒硝(硫酸钠)以及水玻璃等，也可以起到矿渣活性激发的作用。

氧化镁(MgO)也是一种常见的碱性氧化物，常温常压下，MgO饱和水溶液的pH值仅为10.5左右，对矿渣活性的激发作用有限，实用价值低。另一方面，菱镁石、白云石、水镁石等工业化开采所产生的大量尾矿以及硼泥等行业废渣均富含氧化镁，但回收利用率有限。如能开发出必要的技术手段，实现氧化镁对矿渣活性的有效激发，则对于镁质工业废渣尾矿的资源化回收利用以及矿渣基建筑材料的研发具有十分重要的意义，从经济、环境、社会等方面均可获得巨大收益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，在高温饱和水蒸气条件下，充分开发氧化镁MgO对高炉矿渣的活性激发作用，并促进其与矿渣发生水热化合反应，通过结晶性水化硅酸盐矿物，如：CSH(B)或C₅S₆H₅质水化硅酸钙、纤蛇纹石质水化硅酸镁的生成与聚集，获得具有较高力学强度和使用价值的块状制品。

本发明的技术方案是：

一种利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，包括以下步骤：

(1)将镁质废渣尾矿置于600～1000℃下焙烧活化，恒温处理时间控制在30分钟～4小时之间，得到氧化镁；

(2)将氧化镁和高炉矿渣按1：3～1：19的质量比混合均匀，以质量百分比计，则氧化镁掺量为混合物总质量的5％～25％；

(3)在搅拌下加入拌合水，用水量＝(高炉矿渣质量+氧化镁质量)×(5％～20％)+氧化镁质量×50％；持续搅拌至完全均匀后，将混合物密封避光陈化24小时；

(4)陈化后混合物采用模压技术压制成型，成型压力10～50MPa；

(5)成型后样品置于水热反应釜中反应固化，恒温制度为120～240℃、2～8小时，出釜后产品自然冷却，合成硅酸盐建材制品。

所述的利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，步骤(1)中，镁质废渣尾矿采用菱镁矿、白云石或水镁石开采过程中排出的尾矿；或者，镁质废渣尾矿采用碳碱法生产硼砂工艺所排放的废渣—硼泥。

所述的利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，镁质废渣尾矿经焙烧活化后，其氧化镁含量不低于20wt％。

所述的利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，步骤(1)中，高炉矿渣为高炉炼铁工艺所排放熔渣经水淬处理而形成的废渣。

所述的利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，所获得硅酸盐建材制品中，水化产物同时含有水化硅酸钙和水化硅酸镁。

所述的利用氧化镁和高炉矿渣合成硅酸盐建材制品的方法，所获得硅酸盐建材制品中，水化硅酸钙占48～75wt％，水化硅酸镁7～40wt％。

本发明的优点及有益效果是：