一种再利用工业废弃物硼泥的方法与流程

本发明涉及一种硼行业废渣硼泥的有效利用方法，具体说是一种再利用工业废弃物硼泥的方法。
背景技术：
：我国利用“碳碱法”生产硼砂(na2b4o7)已有半个多世纪的历史，其生产过程为：以硼镁矿为原料，经过焙烧后，加入碳酸钠(na2co3)，同时通入二氧化碳气体，制得硼砂，其反应方程式为：2(2mgo·b2o3)+na2co3+co2＝na2b4o7+4mgco3硼镁矿中的有效成分为三氧化二硼(b2o3)，其含量只占硼镁矿的10％左右，所以每年产生了大量的工业废弃物-硼泥。由于硼泥粒度细(120-180目)，碱性强(含碳酸钠0.3-0.7重量％，ph值在8-9左右)，使得硼泥堆放处寸草不生，不但大量占有土地，而且还造成了严重的环境污染。表1硼泥的主要成分为(重量百分比)：全铁(fe)b2o3mgosio2al2o3h2o8-13％2-3％23-35％20-40％3-6％15-25％从上表可以看出，硼泥中镁的含量较高，在本领域中，以“氧化镁”的含量统一表示存在于硼泥中的所有形式的镁，其包括活性碳酸镁、死烧氧化镁和硅酸镁等。其中，死烧氧化镁和硅酸镁的含量约占硼泥中镁含量的8％左右。目前，处理硼泥的方法主要是将硼泥中的镁、铁提取，以供再次利用。由于死烧氧化镁和硅酸镁很稳定，目前的方法不能提取，只能够提取活性碳酸镁。现有利用硼泥生产轻质碳酸镁(轻质氧化镁)的专利主要如下：1)高佳令等人的专利：93115808.7一种从硼泥中提取轻质碳酸镁的方法；2)高佳令等人的专利：200610137676.0利用白云灰与硼泥生产工业氧化镁的方法；3)谢新林、李广凡、杨俊智的专利：201110220704.6一种综合利用硼泥的方法。4)李治涛的专利：97120985.5利用硼泥制取轻质碳酸镁的方法；5)王王岚、鲍祟林的专利：01118916.0利用硼泥生产镁砂系列产品的方法；6)崔相浩、赵渊的专利：200810050319.x由硼泥生产碱式碳酸镁的方法；其中，上述专利4)5)、6)都是首先对硼泥在650-900℃的温度下进行焙烧，使得硼泥中所含的碳酸镁转化为氧化镁，再进行下一步。硼泥中所含的碳酸镁，是在硼砂生产过程中，由硼镁矿里的氧化镁和二氧化碳(通入二氧化碳后)反应生成：2(2mgo·b2o3)+na2co3+co2＝na2b4o7+4mgco3此外，专利5)、6)是直接将焙烧后的硼泥加水进行碳化(专利5在碳化时什么也不加，专利6在碳化时加入“木酢液”)，然后将沉淀过滤，清液进行热解，得到轻质碳酸镁；专利4)是焙烧后加水，在90-95℃消化10-60分钟，待其冷却后再进行碳化。上述专利4)、5)、6)的缺点是：硼泥中含有约20重量％左右的水分，在焙烧时需要耗费大量的能源，使之成为高能耗产业，不符合“低耗节能”的观点；其次，专利5)、6)没有经过消化工序，直接将焙烧后的硼泥进行碳化，使得碳化过程进行得相当缓慢，且反应产物碳酸氢镁的浓度很低，相应的最后得到的轻质碳酸镁的产量很低，使得硼泥中所含的大量的镁没有提取出来。对于专利1)、2)、3)，申请人认为：硼泥、氧化钙、白云灰(白云灰主要成分为氧化钙和氧化镁)和水，在90-95℃时进行转化，然后加入催化剂氯化镁(氯化钙)，使得下述反应得以进行：ca(oh)2+mg2+＝mg(oh)2+ca2+……①ca2++mgco3＝caco3+mg2+……②总反应为：ca(oh)2+mgco3＝caco3+mg(oh)2……③即：此3个专利都认为：在消化工序中，只有在催化剂氯化镁(氯化钙)存在并且加热的条件下，总反应③才能够进行，从而使硼泥中的碳酸镁才能转化为mg(oh)2。然后再将消化好的混合液转入碳化罐，在通入二氧化碳气体的条件下进行碳化，使消化工序中产生的mg(oh)2转化成mg(hco3)2，经过热解得到轻质碳酸镁。此外，上述这些专利都没有提到：提取镁化合物后剩下的废渣怎么处理的问题。这样一来，这些废渣的堆放场地、以及污染环境的问题还是没有得到彻底解决。因此，采用一种什么样的有效方法，既能解决硼泥对环境的污染问题，同时又能将硼泥中所含的大量镁提出来，同时其他的成分是否可以作为新的资源生产新的产品而不被作为废弃物来污染环境就成为了地方政府和硼砂行业急需解决的难题之一。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种再利用工业废弃物硼泥的方法。为实现上述目的，本发明采用技术方案为：一种再利用工业废弃物硼泥的方法，将硼泥经真空45-55℃下低温转化、碳化处理得到混合物，混合物经处理即可得到含镁量高的多种产品。所述混合物经磁选过滤得铁粉，过滤的滤液经热解得轻质碳酸镁，过滤的滤渣经配料浇注及蒸压养护制备蒸汽砖。所述硼泥、活化剂和水按重量比(以氧化镁计)为1：0.1-0.5：2-5混合，于真空搅拌，转化温度为45-55℃，转化时间为1-2小时；其中，活化剂为氧化钙或氧化钙和氯化镁的组合。所述硼泥、活化剂和水按重量比(以氧化镁计)优选为1：0.20-0.35：4-5混合所述氧化钙和氯化镁的组合中氧化钙为氯化镁重量的30-80倍。所述真空低温转化后所得混合物中加入所述真空低温转化时加入的氧化钙重量的40-45倍的温度为0-25℃的水，并持续通入0.4-0.7mpa的二氧化碳，碳化0.8-1小时。其中，加入0-25℃的水可以对转化后的混合液进行降温，从而使碳化的温度能够维持25℃，优选25℃以下。所述过滤收集的碳酸氢镁溶液的滤液，并向其中通入100-120℃的过热蒸汽对滤液进行热解，经过压滤、烘干、粉碎获得轻质碳酸镁。所述轻质碳酸镁在500-550℃煅烧10-20分钟，获得硅钢氧化镁。所述过滤收集的滤渣经配料浇注、养护即获得蒸汽砖。所述滤渣中加入水泥、石膏和水，按重量比计：滤渣：水泥：石膏：水＝1：0.2-0.3：0.1-0.2：0.5-0.8混合，再加入铝粉和增强剂混匀后置于磨具中，静置20-40分钟，取出切割；其中，铝粉的加入量为磨具的400-600g/m3、增强剂加入量为磨具的300-500g/m3。所述蒸压养护是将切割后的半成品在0.7-0.8mp条件下蒸气加压7-8小时。所述二氧化碳气体可以来自石灰窑窑气，例如将煅烧石灰石的窑气，即二氧化碳气体收集，经过水洗去除其中的二氧化硫等腐蚀性气体后，用空气压缩机将其加压至所需要的压力。所述氧化钙来自生石灰和煅烧白云石、方解石、大理石中的一种或几种所得到的产物。白云石的主要成分是碳酸钙和碳酸镁，煅烧后得到氧化镁和氧化钙，大理石、方解石的主要成分是碳酸钙，经煅烧后，均能得到氧化钙，即生石灰。本发明的优点：本发明再利用工业废弃物硼泥的方法，该方法能耗低、镁收率高；具体是在转化阶段和碳化阶段都不加入催化剂或在消化阶段不加入催化剂，而通过改变转化阶段和或碳化阶段的工艺条件，能够从硼泥中高收率地获得高品质的镁化合物，以及获得的铁粉后的废渣能够完全转化为蒸汽砖，从而实现了生态效益、环境效益、经济效益、社会效益的高度统一。则由于硼泥中所含的碱式碳酸镁含量高且不稳定，制备的建筑、装饰材料在使用过程中，碱式碳酸镁就会缓慢地释放出结晶水和二氧化碳，使材料出现变形、裂纹等，使得材料本身的理化指标下降，造成安全隐患，所以不能直接利用硼泥来制备蒸汽砖。附图说明图1为本发明提供的硼泥废弃物综合处理方法的一个优选实施方式的流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的解释说明。本发明提供了一种综合利用工业废弃物硼泥的方法，将水、硼泥和活化剂搅拌均匀后在本发明所述条件下进行真空低温转化，能够使得氧化钙充分转化成氢氧化钙，同时，也使硼泥里在制取硼砂时残余的活性氧化镁转化成氢氧化镁。该阶段发生的反应为：cao+h2o＝ca(oh)2↓mgo+h2o＝mg(oh)2↓在该条件下进行的转化反应，不仅能够进一步改善转化效果，而且还能进一步降低能耗。在转化后，可以在现有的碳化的条件下进行碳化。将转化后的混合液泵入碳化罐，通入二氧化碳气体进行碳化。该阶段发生的反应为：ca(oh)2+co2＝caco3↓+h2o……⑴caco3+co2+h2o＝ca(hco3)2……⑵ca(hco3)2+mgco3＝mg(hco3)2+caco3↓……⑶mg(oh)2+co2＝mgco3↓+h2o……⑷mgco3+co2+h2o＝mg(hco3)2……⑸总反应方程式为：mgco3+ca(oh)2+3co2+h2o＝mg(hco3)2+ca(hco3)2ca(hco3)2+mgco3＝caco3↓+mg(hco3)2caco3+co2+h2o＝ca(hco3)2ca(hco3)2+mgco3＝mg(hco3)2+caco3↓进而使得硼泥中的活性碳酸镁全部反应完全，生成碳酸氢镁。待反应进行完全后(定时检测碳化罐中通入和溢出的co2浓度，以确定反应是否进行完全)，将碳化罐里的混合液经过磁选机过滤。滤液为碳酸氢镁(mg(hco3)2)溶液(即：重镁水)，磁选机回收的是铁粉，滤渣则用来制备蒸汽砖。根据所需要制得的镁化合物，该方法在碳化步骤后还包括热分解、分离、干燥和焙烧步骤中的一步或几步，以便获得例如轻质碳酸镁或硅钢氧化镁。本发明将硼泥经真空低温转化、碳化处理得到混合物，混合物经磁选机过滤得铁粉，过滤的滤液经热解得轻质碳酸镁，过滤的滤渣经配料浇注及蒸压养护制备蒸汽砖。该方法能耗低、镁收率高；并且，提取镁化合物、铁粉后的废渣能够完全转化为蒸汽砖，从而实现了生态效益、环境效益、经济效益、社会效益的高度统一。则由于硼泥中所含的碱式碳酸镁含量高且不稳定，制备的建筑、装饰材料在使用过程中，碱式碳酸镁就会缓慢地释放出结晶水和二氧化碳，使材料出现变形、裂纹等，使得材料本身的理化指标下降，造成安全隐患，所以不能直接利用硼泥来制备蒸汽砖。实施例1：1)在真空转化罐中将5000公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30％)，5公斤氯化镁和200公斤氧化钙搅拌均匀，在50℃转化100分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，在碳化罐内加入8吨25℃的水，同时进行冷却，使碳化温度保持在25℃(最高不能超过30℃)，通入压力为0.4mpa的二氧化碳气体，碳化0.8小时。3)将碳化后的混合液经过磁选机选出铁粉75公斤后，再通过吉林市恒昌过滤机械有限公司baz1200-200j的板框压滤机进行过滤，过滤后得到碳酸氢镁溶液和滤渣。①将获得的碳酸氢镁溶液通入120℃的过热蒸汽中进行热解，热解后再经过板框压滤机过滤获得轻质碳酸镁滤饼，滤饼再经过层式往复链条烘干1.5小时获得轻质碳酸镁；所获得的轻质碳酸镁可经500℃煅烧(15分钟)，可进一步获得235千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为78％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)中规定的“优等品”标准(参见表1)。②向获得滤渣中加入水泥、石膏和水，按重量比计1(滤渣)：0.2(水泥)：0.1(石膏)：0.6(水)混合，按磨具体积再加入铝粉500g/m3、增强剂(购自北京荣达信新技术有限公司，商品牌号为荣达信)400g/m3，配料混合后进行浇注，静置20分钟后切割成所需大小，蒸压养护于0.8mp条件下加压7小时制备蒸汽砖(24m3)。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。实施例2：1)在真空转化罐中将3000公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30％)，5.5公斤氯化镁和400公斤氧化钙搅拌均匀，在55℃转化210分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，在碳化罐内加入8吨15℃的水，同时进行冷却，使碳化温度保持在25℃，通入0.2mpa的二氧化碳气体，碳化2小时。3)将碳化后的混合液过滤，得到碳酸氢镁溶液。在碳酸氢镁溶液通入100℃的过热蒸汽进行热解，获得轻质碳酸镁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥(120℃-200℃根据干燥程度调节)，之后在800℃煅烧15分钟，获得213千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为71％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)中规定的“优等品”标准(参见表1)。4)将碳化后的混合液经过磁选机精选出铁粉后，过滤得到的滤渣、水泥、石膏、铝粉和水的重量比为1(滤渣)：0.3(水泥)：0.1(石膏)：0.6(水)，铝粉500g/m3、增强剂400g/m3，经配料浇注，静停切割，蒸压养护制备蒸汽砖。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。实施例3：1)在真空转化罐中将2400公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30％)，9公斤氯化镁和300公斤氧化钙搅拌均匀，在45℃转化180分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，在碳化罐内加入9吨20℃的水，同时进行冷却，使碳化温度保持在30℃以下。加入9公斤的浓盐酸，通入0.3mpa的二氧化碳气体，碳化1.5小时。3)将碳化后的混合液过滤，得到碳酸氢镁溶液。在碳酸氢镁溶液通入110℃的过热蒸汽进行热解，获得轻质碳酸镁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥，之后在800℃煅烧15分钟，获得210千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为70％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)中规定的“优等品”标准(参见表1)。4)将碳化后的混合液经过磁选机精选出铁粉后，过滤得到的滤渣、水泥、石膏、铝粉和水的重量比为1(滤渣)：0.2(水泥)：0.1(石膏)：0.6(水)，铝粉500g/m3、增强剂400g/m3，经配料浇注，静停切割，蒸压养护制备蒸汽砖。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。实施例4：1)在真空转化罐中将2000公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30重量％)，5公斤氯化镁和250公斤氧化钙搅拌均匀，在55℃转化150分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，在碳化罐内加入7吨25℃的水，同时进行冷却，使碳化温度保持在30℃左右。加入5公斤的浓盐酸，通入0.5mpa的二氧化碳气体，碳化1小时。3)将碳化后的混合液过滤，得到碳酸氢镁溶液。在碳酸氢镁溶液通入115℃的过热蒸汽进行热解，获得轻质碳酸镁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥，之后在500℃煅烧15分钟，获得220千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为73％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)(参见表1)。4)将碳化后的混合液经过磁选机精选出铁粉后，过滤得到的滤渣、水泥、石膏、铝粉和水的重量比为1(滤渣)：0.3(水泥)：0.1(石膏)：0.5(水)，铝粉500g/m3、增强剂400g/m3，经配料浇注，静停切割，蒸压养护制备蒸汽砖。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。实施例51)在真空转化罐中将5000公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30％)，3.5公斤氯化镁和150公斤氧化钙搅拌均匀，在50℃转化90分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，同时进行冷却，使碳化温度保持在25℃左右，通入0.4mpa的二氧化碳气体，碳化90分钟。3)将碳化后的混合液过滤，得到碳酸氢镁溶液。在碳酸氢镁溶液通入100-120℃的过热蒸汽进行热解，获得轻质碳酸镁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥，之后在800℃煅烧，获得166千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为55％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)中规定的“优等品”标准(参见表1。4)将碳化后的混合液经过磁选机精选出铁粉后，过滤得到的滤渣、水泥、石膏、铝粉和水的重量比为1(滤渣)：0.2(水泥)：0.2(石膏)：0.7(水)，铝粉500g/m3、增强剂400g/m3，经配料浇注，静停切割，蒸压养护制备蒸汽砖。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。实施例61)在真空转化罐中将4000公斤水、1000公斤硼泥(氧化镁含量为30％)，3.9公斤氯化镁和196公斤氧化钙搅拌均匀，在45℃转化90分钟，获得转化混合液。2)将上述转化混合液泵入碳化罐中，同时进行冷却，使碳化温度保持在25℃左右，通入0.4mpa的二氧化碳气体，碳化90分钟。3)将碳化后的混合液过滤，得到碳酸氢镁溶液。在碳酸氢镁溶液通入100-120℃的过热蒸汽进行热解，获得轻质碳酸镁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥，之后在800℃煅烧，获得166千克的硅钢氧化镁。硅钢氧化镁的收率为55％，通过络合滴定方法检测，产品的质量符合国家标准(hg/t2573-2012)中规定的“优等品”标准(参见表1)。表1为实施例相关数据及收率将上述实施例制备获得成品进行比对：实施例1为最佳方案，氧化钙、氯化镁添加量适中，转化时间少，煅烧温度低，收率高。4)将碳化后的混合液经过磁选机精选出铁粉后，过滤得到的滤渣、水泥、石膏、铝粉和水的重量比为1(滤渣)：0.3(水泥)：0.1(石膏)：0.5(水)，铝粉500g/m3、增强剂400g/m3，经配料浇注，静停切割，蒸压养护制备蒸汽砖。经丹东市建筑产品质量监督检测中心检测，产品质量符合国家标准(gb11968-2006)的要求。将上述实施例制备获得成品与现有建筑、装饰材料进行比对：1、重量轻本发明实施例获得的蒸汽砖的干体积密度一般为400～700kg/m3，相当于粘土砖的1/3，普通混凝土的1/5，也低于一般轻骨料混凝土及空心砌块、空心粘土砖等制品，因而，采用蒸汽砖作墙体材料可以大大减轻建筑物自重，进而可减小建筑物的基础及梁、柱等结构件的尺寸，节约建筑材料及工程费用，还可提高建筑物的抗震能力。2、保温性能好本发明实施例获得的蒸汽砖内部具有大量微小的气孔，因而有良好的保温隔热性能，蒸汽砖的导热系数通常为0.09～0.22w/(m·k),仅为粘土砖的1/4～1/5，普通混凝土的1/5-1/10。通常20cm厚的蒸汽砖的保温隔热效果，相当于49㎝厚的普通粘土砖墙，不仅可节约采暖及制冷能源，而且可大大提高建筑物的平面利用系数。表2常用建筑材料的导热系数(w/m·k)3、具有可加工性本发明实施例获得的蒸汽砖制备获得过程中不用粗骨料，具有良好的可加工性，可锯、刨、钻、钉，并可用适当的粘结材料粘结，给建筑施工提供了有利的条件。当前第1页12