一种利用玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法与流程

一种利用玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法
1.技术领域
2.本发明属于建筑废弃物回收再利用技术领域，具体涉及一种利用玻镁板固体废弃物替代天然含镁矿物低成本、低碳制备工业级氧化镁和盐酸的方法。
3.

背景技术：

4.镁基水泥及制品、混凝土用镁质抗裂剂等镁质建筑材料的生产需要消耗大量工业级氧化镁。镁元素在地壳中通常以菱镁矿、白云石、蛇纹石水镁石等矿物形式存在。此外，海水以及盐湖也是镁元素的重要来源。通常，氧化镁的生产途径可分为两类：直接煅烧菱镁矿等高品位富镁矿物（干法）或是从高浓度富镁盐水、海水中提取（湿法）。氧化镁的干法生产通常是将破碎后的菱镁矿在不同温度条件下煅烧至mgco3分解完全，以得到不同反应活性的轻烧氧化镁或重烧氧化镁。湿法则是通过向提纯、浓缩后的富镁卤水中引入沉淀剂（如naoh、na2co3等）使溶液中的镁离子沉淀成为mg(oh)2、mgco3等富镁前驱体，富镁前驱体再经分离、洗涤、煅烧后得到氧化镁。相较于湿法，干法制备氧化镁的工艺流程更为简单，故而干法煅烧菱镁矿仍是当前氧化镁的主要生产方式。然而采用干法工艺路线制备氧化镁，不仅需要大量消耗高品位的天然菱镁矿资源，而且菱镁矿的煅烧过程会导致co2的大量排放。为应对优质菱镁资源的日趋紧缺，减少氧化镁工业对优质天然菱镁资源的需求，工业氧化镁的生产亟需寻找更为绿色环保可持续的镁源。同时，随着国家双碳战略的制定与执行，这也对氧化镁生产过程中的碳排放提出了更高的要求。
5.玻镁板的主要成分为氯氧镁水泥基体，以及板材增强体（玻璃纤维、木粉）。玻镁板废弃物颗粒为经筛分除杂后的氯氧镁水泥基体，主要化学组成为5mg(oh)2·
mgcl2·
8h2o。目前，尚未有针对玻镁板废弃物全组分、高附加值价值回收再利用的研究及发明。玻镁板固体废弃物是玻镁板材生产过程中伴随着砂光、切削等工艺流程所产生富镁固体废弃物。中国是世界上最大的玻镁板材生产制造国，年产量超6亿m2，而在玻镁板材的生产过程中会产生约10%~15%的玻镁板固体废弃物。目前，已经有少量发明针对此类固体废弃物的循环再利用提出了部分解决思路。申请公开号为cn104926264a的专利申请公开了一种玻镁板材废料回收处理方法，提出采用强酸酸解工艺将玻镁板材废料溶解后作为卤液重新应用于玻镁板材的生产，该技术需要消耗大量31%浓度的盐酸作为酸解液，且回收工艺全流程持续约11~12小时，生产成本高且生产效率低，难以实现大规模工业化。公开号为cn111302756a的专利申请公开了一种采用再生硫氧镁材料的硫氧镁胶凝材料的制备方法，具体是将硫氧镁墙边边角料及废弃硫氧镁墙板或保温板经过粉碎筛分后，选取粒径≤1mm的硫氧镁板材颗粒作为再生硫氧镁材料，通过该方式获得的再生硫氧镁材料无反应活性，再次用于硫氧镁板材生产时的掺量仅为4.34%~8.13%，经济价值较低且难以大量消纳硫氧镁板材生产过程中产生的废弃物。授权公告号为cn109896824b的发明公开了一种基于菱镁尾矿进行硫氧镁建材
废料回用的方法及产品，其利用烟道热活化后的硫氧镁建材废料部分替代菱镁矿轻烧氧化镁用于硫氧镁建筑材料的再生产，其专利数据表明，采用该技术活化后的硫氧镁建材废料仅能部分替代工业级轻烧氧化镁，这表明活化产物中氧化镁含量及化学活性较低，活化产品附加值低、经济性较差。
6.综上所述，为减少氧化镁工业对天然菱镁资源的大量消耗，降低传统氧化镁生产工艺过程中co2的高额排放，解决玻镁板固体废弃物大量堆而造成的资源浪费、环境污染等问题。因此，亟需寻找一种玻镁板固体废弃物高效率、高附加值的全组分资源化回收再利用技术路径。
7.

技术实现要素：

8.解决的技术问题：本发明的目的在于填补目前技术不足，提供一种全组分资源回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法，利用玻镁板材废弃物作为镁源和氯源完全取代天然矿物原料，通过分步热解工艺制备得到高纯度工业级氧化镁及高浓度工业级盐酸，具有生产效率高、制备工艺简单、生产过程碳排量低、工业级氧化镁及盐酸产品性能可调可控、氯化氢尾气捕集率高等优点。制备得到的工业级氧化镁可广泛的应用于镁质建筑材料、镁基环境处理材料等领域，高浓度盐酸也可广泛应用于各工业领域。
9.技术方案：一种利用玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法，制备步骤为：（1）收集玻镁板固体废弃物粉碎，得玻镁板废弃物颗粒，粒径小于20目；（2）将玻镁板废弃物颗粒进行第一次煅烧，第一次煅烧温度为500~650℃，煅烧时间10~20min，得到含氧化镁的固体产物，煅烧尾气收尘后经冷凝吸收得到工业级盐酸；（3）将步骤（2）中得到的含氧化镁的固体产物进行第二次煅烧，煅烧温度为700℃~1400℃，煅烧时间0.15~2h，得到工业级轻烧氧化镁或重烧氧化镁。
10.优选的，在步骤（2）中，所述第一次煅烧的设备为沸腾炉或旋流热解炉。
11.优选的，在步骤（2）中，所述冷凝吸收设备为冷凝吸收器及淋洗吸收塔。
12.优选的，所述步骤（1）中玻镁板固体废弃物的粒度为40目，步骤（2）中初步煅烧温度500℃，煅烧时间15min，步骤（3）中二次煅烧温度700℃，煅烧时间0.15h。
13.优选的，所述步骤（1）中玻镁板固体废弃物的粒径为30目，步骤（2）中煅烧温度600℃，煅烧时间10min，步骤（3）中煅烧温度800℃，煅烧时间0.35h优选的，所述步骤（1）中玻镁板固体废弃物的粒径为20目，步骤（2）中煅烧温度650℃，煅烧时间20min，步骤（3）中煅烧温度1400℃，煅烧时间2h。
14.有益效果：（1）本发明可大量消纳玻镁板固体废弃物，同时制备氧化镁和盐酸等高附加值产品。（2）本发明方法与煅烧菱镁矿等传统氧化镁生产制备工艺相比，无需消耗菱镁矿等天然高品位镁质矿物资源，且采用本发明方法制备氧化镁所产生的直接碳排放约0.49t/t氧化镁，生产同等级氧化镁产品的直接碳排放不足传统氧化镁制备工艺的30%。（3）本发明方法制备工业级氧化镁和盐酸的工艺，所产生的煅烧尾气中水蒸气含量少、氯化氢浓度高，利于捕集吸收氯化氢气体制备高浓度盐酸，同时降低对煅烧设备及尾气回收设备的腐蚀。（4）本发明方法制备工业级氧化镁和盐酸无需添加任何辅助性原料，工艺流程简单、流程短，易于实现产业化和高值化。（5）本发明玻镁板固体废弃物最终煅烧产品的氧化
镁纯度可达86wt.%~93wt.%且反应活性指数可在90s以上范围内任意调控 ；煅烧尾气经冷凝吸收后所得到的盐酸浓度为27%~30%。
15.附图说明
16.图1 为本发明全组分资源化回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的制备流程图；图2 为实施例1-4制备得到的工业级氧化镁纯度、活性氧化镁含量及活性指数对比；图3 为实施例1-4制备得到的工业级氧化镁产品实物图；图4 为实施例1制备得到的工业级氧化镁的微观形貌；图5 为实施例2制备得到的工业级氧化镁的微观形貌；图6 为实施例3制备得到的工业级氧化镁的微观形貌；图7 为实施例5制备得到的工业级氧化镁作为氧化镁膨胀剂对水泥体积变形的影响示意图；图8 为实施例6制备得到的工业级氧化镁应用于玻镁板用菱镁水泥抗压强度示意图；图9 为实施例7制备得到的工业级氧化镁应用于磷酸镁水泥抗压强度示意图。
17.具体实施方式
18.实施例1一种全组分资源化回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法包括以下步骤：对玻镁板切割边角废料进行破碎粉磨得到颗粒粒径小于40目的玻镁板固体废弃物微粉，取500g玻镁板固体废弃物微粉连续投入试验用小型沸腾炉中，一次煅烧温度500℃，煅烧时间15min，一次煅烧产生的含氯化氢尾气经冷凝吸收后得到浓度大于27%的盐酸；同时将一次煅烧产物送入二次煅烧炉中，二次煅烧温度700℃，煅烧时间0.15h，得到氧化镁含量82.8wt.%的工业级氧化镁611.4g。参照《yb/t 4019-2006 轻烧氧化镁化学活性测定方法》，经柠檬酸酸法测定，煅烧产物的活性指数94s；经水合法测定，煅烧产物中活性氧化镁含量77.6wt.%。本实施例中制备的工业级氧化镁实物图参见附图3，微观形貌图参见附图4。
19.实施例2一种全组分资源化回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法包括以下步骤：对玻镁板材砂光废粉进行筛分得到颗粒粒径小于30目的玻镁板固体废弃物微粉，取1000g玻镁板固体废弃物微粉连续投入试验用小型沸腾炉中，一次煅烧温度600℃，煅烧时间10min，一次煅烧产生的含氯化氢尾气经冷凝吸收后得到浓度大于30%的盐酸；同时将一次煅烧产物送入二次煅烧炉中，二次煅烧温度800℃，煅烧时间0.35h，得到氧化镁含量87.3wt.%的工业级氧化镁566.8g。参照《yb/t 4019-2006 轻烧氧化镁化学活性测定方法》，经柠檬酸酸法测定，煅烧产物的活性指数205s；经水合法测定，煅烧产物中活性氧化镁含量
80.2wt.%。本实施例中制备的工业级氧化镁实物图参见附图3，微观形貌图参见附图5。
20.实施例3一种全组分资源化回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法包括以下步骤：对玻镁板材砂光废粉进行筛分得到颗粒粒径小于30目的玻镁板固体废弃物微粉，取1000g玻镁板固体废弃物微粉连续投入试验用小型沸腾炉中，一次煅烧温度650℃，煅烧时间15min，一次煅烧产生的含氯化氢尾气经冷凝吸收后得到浓度大于30%的盐酸；同时将一次煅烧产物送入二次煅烧炉中，二次煅烧温度1000℃，煅烧时间0.5h，得到氧化镁含量90.2wt.%的工业级氧化镁562.0g。参照《yb/t 4019-2006 轻烧氧化镁化学活性测定方法》经柠檬酸酸法测定，煅烧产物的活性指数820s；经水合法测定，煅烧产物中活性氧化镁含量40.7wt.%。本实施例中制备的工业级氧化镁实物图参见附图3，微观形貌图参见附图6。
21.实施例4一种全组分资源化回收玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法包括以下步骤：对玻镁板材砂光废粉进行筛分得到颗粒粒径小于20目的玻镁板固体废弃物微粉，取1000g玻镁板固体废弃物微粉连续投入试验用小型沸腾炉中，一次煅烧温度650℃，煅烧时间20min，一次煅烧产生的含氯化氢尾气经冷凝吸收后得到浓度大于30%的盐酸；同时将一次煅烧产物送入二次煅烧炉中，二次煅烧温度1400℃，煅烧时间2h，得到氧化镁含量91.6wt.%的工业级氧化镁559.0g。本实施例中制备的工业级氧化镁实物图参见附图3。
22.实施例5本实施例中采用的玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法与实施例1相同。使用实施例1制备得到的工业级氧化镁以8:100的比例掺入普通硅酸盐水泥中作为水泥混凝土膨胀剂应用。如附图7所示，制备得到的水泥混凝土膨胀剂显著抑制了水泥混凝土材料的自生体积收缩，对照组28d自生体积变形为-0.018%，而添加实施例5制备得到的氧化镁水泥混凝土膨胀剂后，水泥混凝土材料的自生体积变形为0.148%，呈现出优异的微膨胀性能。
23.实施例6本实施例中采用的玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法与实施例2相同。使用实施例2制备得到的工业级氧化镁以10:9的比例与25
°bé
的氯化镁溶液混合均匀，作为玻镁板材用菱镁水泥原料应用。如附图8所示，制备得到的菱镁水泥1d、3d、7d、28d抗压强度分别可达31mpa、64.1mpa、71.1mpa、104.6mpa。
24.实施例7本实施例中采用的玻镁板固体废弃物制备工业级氧化镁和盐酸的方法与实施例3相同。使用实施例3制备得到的工业级氧化镁与磷酸二氢钾、硼砂、水以100:25:8:17.5的比例混合均匀，作为磷酸镁胶凝材料原料应用。如附图9所示，制备得到的磷酸镁水泥1d、3d、7d、28d抗压强度分别可达57.1mpa、71.2mpa、81.8mpa、97.2mpa。
25.本发明采用两次分步煅烧工艺的煅烧温度及煅烧时间的协同，这是控制所得到的氧化镁活性及纯度的决定性因素。由上述实施例1-4可知，通过在分步煅烧过程中对煅烧温度与煅烧时间的调控，能够利用玻镁板固体废弃物制备得到的活性含量不同的氧化镁，在
一定范围内，随着煅烧温度的升高及煅烧时间的延长其活性氧化镁含量逐步降低（附图2）。实施例5-7表明通过玻镁板固体废弃物制备得到的氧化镁产品可满足不同类型镁质建筑材料对氧化镁产品的性能要求。此外，采用分步煅烧工艺，能提高煅烧尾气（第一次煅烧）中的氯化氢浓度，利于氯化氢气体的捕集和高浓度盐酸的获得，同时最大程度降低对耐腐蚀设备的要求（仅对第一次煅烧设备有耐蚀要求）。最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。