用后鎂鈣磚在粉煤灰標(biāo)磚和加氣混凝土板材中的利用研究

儀桂蘭，史永林

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，太原 030003）

鎂鈣磚是一種優(yōu)質(zhì)的耐火材料，具有耐火度高、凈化鋼液、抗熱震性好、抗渣性好、資源豐富和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在冶金工業(yè)的精煉設(shè)備中，如V0D 爐、AOD 爐、LF 爐等。但是，大量的用后鎂鈣磚不但對可用資源造成了極大的浪費(fèi)，而且對環(huán)境產(chǎn)生了污染，用后鎂鈣磚的處理利用成為一大問題。本文主要研究用后鎂鈣磚的基本特性及其在粉煤灰標(biāo)磚和加氣混凝土板材中的利用。

1 用后鎂鈣磚的基本特性

1.1 分層化學(xué)組成

從AOD 爐渣線部位取下一塊殘磚，觀察其宏觀特征，筆者發(fā)現(xiàn)：沒有明顯的渣層，殘磚由工作面到原磚面呈現(xiàn)明顯梯度分層，顏色由深到淺，依次為重度變質(zhì)層、輕度變質(zhì)層、滲透層和原磚層。對殘磚進(jìn)行分層制樣，測定殘磚不同厚度層的化學(xué)組成，筆者確認(rèn)了其組分的漸變趨勢，結(jié)果如表1所示。

表1 鎂鈣磚分層化學(xué)組成

由表1可知，用后鎂鈣磚原磚層成分與原磚十分接近，變質(zhì)層和滲透層MgO 含量降低，CaO 含量增加，并引入了較多的Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，且從變質(zhì)層、滲透層到原磚層，Al2O3、SiO2、Fe2O3含量依次減少。

1.2 用后鎂鈣磚分層物相組成

利用XRD 對AOD 爐鎂鈣磚進(jìn)行了分層物相組成分析，如圖1～圖5所示。

圖1 重度變質(zhì)層（距工作面0 mm）

圖2 重度變質(zhì)層（距工作面70 mm）

圖3 輕度變質(zhì)層（距工作面110 mm）

圖4 滲透層（距工作面160 mm）

圖5 原磚層（距工作面230 mm）

由圖1、圖2可知，用后鎂鈣磚重度變質(zhì)層（距工作面0 mm）和鎂鈣磚重度變質(zhì)層（距工作面70 mm）的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2和3CaO·SiO2（硅酸三鈣），Ca（OH）2是CaO 發(fā)生水化生成的。3CaO·SiO2可能是還原期或冶煉前期爐渣堿度低，SiO2與CaO 反應(yīng)生成的。

由圖3～圖5可知，鎂鈣磚輕度變質(zhì)層（距工作面110 mm）、滲透層（距工作面160 mm）、原磚層（距工作面230 mm）的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2，Ca（OH）2是CaO 發(fā)生水化生成的。物相組成表明SiO2沒有侵蝕到這些部分。

1.3 用后鎂鈣磚熔化特性

通過對用后鎂鈣磚進(jìn)行差熱分析，筆者觀察了用后鎂鈣磚的熔化情況，如圖6所示。

由圖6可知，用后鎂鈣磚400℃有氫氧化鎂的分解吸熱峰，同時(shí)失重4.84%；CaO 發(fā)生水化生成Ca（OH）2，Ca（OH）2與粉煤灰中的SiO2與Al2O3已發(fā)生了反應(yīng)，因此差熱分析曲線上無Ca（OH）2分解吸熱峰；當(dāng)溫度低于1 500℃時(shí)，用后鎂鈣磚顆粒料不能熔化。

圖6 廢舊鎂鈣磚

2 用后鎂鈣磚破碎顆粒配加在粉煤灰標(biāo)磚中的試驗(yàn)

2.1 用后鎂鈣磚破碎顆粒用于粉煤灰標(biāo)磚的試驗(yàn)情況

筆者共制定了3 個(gè)試驗(yàn)方案，具體情況如表2所示。方案1 為現(xiàn)場標(biāo)磚方案，方案2 用0～1 mm 鎂鈣磚破碎顆粒代替石灰除塵灰，方案3 用0～3 mm鎂鈣磚破碎顆粒代替骨料水渣。

表2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)物料按配比稱量后，攪拌6 min，密封裝入塑料袋中，放入烘箱50℃，消解2 h，然后壓制標(biāo)磚，壓制好的標(biāo)磚放入蒸壓釜，蒸10 h，其中用2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度為174～190℃。之后從蒸壓釜中取出晾至常溫，檢測標(biāo)磚抗折抗壓強(qiáng)度。

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，方案1 標(biāo)磚抗壓強(qiáng)度為10.93 MPa，方案2 和方案3 所壓標(biāo)磚全部粉化。試驗(yàn)結(jié)果表明，用后鎂鈣磚破碎顆粒不能用于制備粉煤灰標(biāo)磚，標(biāo)磚全部粉化可能是由于用后鎂鈣磚中CaO、MgO 活性不好，前期在烘箱中不易完全消解，在蒸壓釜中發(fā)生消解，生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，發(fā)生體積膨脹造成磚體粉化。

2.2 磨細(xì)后（200 目）的用后鎂鈣粉用于粉煤灰標(biāo)磚試驗(yàn)

由于利用用后鎂鈣磚（0～1 mm、0～3 mm）制備的粉煤灰標(biāo)磚全部粉化，因此，把0～1 mm 的鎂鈣磚顆粒磨細(xì)，有利于鎂鈣磚中CaO、MgO 消解，然后配加在標(biāo)磚中進(jìn)行試驗(yàn)。鎂鈣磚粉細(xì)度：過200目篩子，篩余40%。

其間共制定了2 個(gè)試驗(yàn)方案，如表3所示。方案1 為目前現(xiàn)場標(biāo)磚方案，方案2 用磨細(xì)的鎂鈣磚粉代替石灰除塵灰。

試驗(yàn)時(shí)物料按配比稱量后，攪拌6 min，裝入塑料袋中密封，放入烘箱，50℃消解2 h，然后壓制標(biāo)磚，壓制好的標(biāo)磚放入蒸壓釜，蒸10 h，其中2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度174～190℃。之后從蒸壓釜中取出晾至常溫，測磚抗折抗壓強(qiáng)度。

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，方案1 標(biāo)磚抗壓強(qiáng)度為10.85 MPa，方案2 所壓標(biāo)磚粉化。粉化原因也可能是鎂鈣粉過燒，CaO、MgO 活性不好，壓磚前不易消解，在磚蒸壓過程中氧化鈣消解生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，體積膨脹，造成標(biāo)磚粉化。試驗(yàn)表明，鎂鈣粉也不能用于粉煤灰標(biāo)磚。

表3 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

3 磨細(xì)的鎂鈣粉（200 目）用于粉煤灰加氣混凝土砌塊的試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

由標(biāo)磚試驗(yàn)可知，鎂鈣粉過燒，不易消解，在蒸壓過程中消解造成體積膨脹。在加熱過程中，粉煤灰加氣混凝土板材的鋼筋會(huì)出現(xiàn)膨脹，要求坯體也有一定程度的膨脹，才能使板材不裂，保證板材質(zhì)量。由于鎂鈣粉在蒸壓過程中具有膨脹特性，人們可以將鎂鈣粉用于粉煤灰加氣混凝土板材中。先在粉煤灰加氣混凝土砌塊中進(jìn)行試驗(yàn)，共制定了4 個(gè)試驗(yàn)方案，如表4所示。方案1 為現(xiàn)場生產(chǎn)方案，用于對比；方案2、方案3、方案4 為配加鎂鈣粉試驗(yàn)方案，方案2 配加鎂鈣粉4.22%，方案3 配加鎂鈣粉2.12%，方案4 配加鎂鈣粉1.11%。

表4 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)粉煤灰取自生產(chǎn)線上的粉煤灰漿，加生石灰、鎂鈣粉攪拌4 min，加鋁粉再攪拌30 s，然后澆注至模具中，放入烘箱，50℃靜養(yǎng)1.5 h，然后放入蒸壓釜，蒸10 h，其中2 h 升壓至1.1 MPa，恒壓6 h，降壓2 h，溫度174～190℃。觀察加氣混凝土砌塊是否發(fā)生粉化。

由表4可知，方案2 的加氣混凝土砌塊粉化，方案3 和方案4 的加氣混凝土砌塊未粉化，可見，鎂鈣粉在加氣混凝土砌塊中配比4.22%時(shí)，砌塊發(fā)生粉化；配比2.12%和1.11%時(shí)，砌塊體積發(fā)生一定的膨脹，但未粉化。

3.1.2 差熱分析

筆者對加氣砼砌塊試樣進(jìn)行了差熱分析，具體情況如圖7、圖8所示。

圖7 配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊試樣

圖8 未配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊試樣

由圖7和圖8可知，對于配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊，400℃為氫氧化鎂的分解吸熱峰，700℃左右為C-S-H 的脫水吸熱峰，950℃左右出現(xiàn)的放熱峰，可能是脫水后的無定形硅酸鈣結(jié)晶產(chǎn)生的放熱峰；未配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊未產(chǎn)生400℃氫氧化鎂的分解吸熱峰。配加鎂鈣粉的加氣混凝土砌塊發(fā)生膨脹的原因可能是CaO、MgO 在蒸壓過程中水解生成Ca（OH）2、Mg（OH）2，造成體積膨脹，Ca（OH）2與粉煤灰中的SiO2與Al2O3已發(fā)生了反應(yīng)，因此差熱分析曲線上無Ca（OH）2分解吸熱峰。

3.2 工業(yè)化試驗(yàn)

工業(yè)化試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，鎂鈣粉配比為1.54%時(shí)，粉煤灰加氣混凝土板材抗壓強(qiáng)度為6.8 MPa，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。鎂鈣粉配比為3.63%（大于2.12%）時(shí)，粉煤灰加氣混凝土板材開裂。工業(yè)化試驗(yàn)表明，鎂鈣粉配比小于2.12%，用于粉煤灰加氣混凝土板材工藝可行。

4 結(jié)論

研究表明，用后鎂鈣磚原磚層成分與原磚十分接近，變質(zhì)層和滲透層MgO 含量降低，CaO 含量增加，并引入了較多的Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，且從變質(zhì)層、滲透層到原磚層，Al2O3、SiO2、Fe2O3含量依次減少；用后鎂鈣磚重度變質(zhì)層的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2和3CaO·SiO2（硅酸三鈣），輕度變質(zhì)層、滲透層、原磚層的主要物相組成為MgO、CaO、Ca（OH）2；用后鎂鈣磚不能用于粉煤在標(biāo)磚中；用后鎂鈣磚粉可用于粉煤灰加氣混凝土板材中，用后鎂鈣磚粉細(xì)度40%（過200 目篩子，篩余量40%），配比2.12%，生產(chǎn)的加氣混凝土板材質(zhì)量達(dá)標(biāo)。