用后废弃MgO-CaO砖耐火材料功能再生与抗水化协同作用机制

Because the magnesium chromium oxide bricks used in cement's rotary kiln are serious toxic and pollution, they are limited to be widely applied in the world, so that it is urgently to find the green substitutes. In this work, the waste magnesium calcium bricks are regenerated, especially the impurities such as Fe, Si, Al have been effectively utilized as same time. Those impurities may react with free CaO, so that the hydration resistance and sticking matte-kiln-crust have been improved. Based on the material physical chemistry theory, the regeneration standard for corrosion layer in waste magnesium calcium bricks has been found according to analysis its corrosion mechanism, the procedure experiments of functional regeneration have been designed subsequently. After regenerated MgO-CaO bricks have been prepared, the properties, such as mechanical property, the hydration resistance and sticking matte-kiln-crust, et al., will be investigated as follow. The relationship between the kind of impurity, its content and the hydration resistance is going to be detailed studied, and the optimal synthesis parameters have been explored, that need match the application properties of regenerated MgO-CaO bricks. Finally, the evaluation system for functional regeneration of the waste magnesium calcium bricks will be structured. After this work is carried out, a new path has been explored for regenerated MgO-CaO bricks substituting the MgO-Cr2O3 bricks. The pre-research work of the applicant gave the necessary reference.

水泥回转窑用镁铬砖耐火材料重毒性、重污染，国内外已经限制其使用，迫切需要绿色环保的替代产品。本项目利用用后废旧镁钙砖合成再生镁钙砖，特别利用杂质组元Fe、Si、Al等固定游离CaO，提高再生镁钙砖的抗水化和挂窑皮性能，实现功能再生，以废治废，具有重要的研究意义和社会环境价值。本项目以材料物理化学理论为指导，通过探讨用后废旧镁钙砖侵蚀机理，建立镁钙砖侵蚀层再生衡量标准；设计用后镁钙砖矿相重构功能再生工艺路线，进行镁钙砖再生试验，探索废旧镁钙砖再生的最佳途径；测量再生镁钙砖的各项使用性能，重点研究杂质元素与抗水化性能系统作用机制，提出再生镁钙砖使用性能与合成工艺最佳耦合参数，获得满足水泥回转窑用再生镁钙砖，建立用后废旧镁钙砖功能再生的综合评价体系。本项目的研究成果，将开拓再生镁钙砖替代镁铬砖用于水泥回转窑的新途径。申请人前期工作基础为本项目的顺利实施提供了必要的理论依据和研究条件。

水泥窑用镁铬砖中的Cr3+极易转变为剧毒的Cr6+，因此急需寻找一种环保的代替品。镁钙砖被认为是一种最可能替代镁铬砖的环保耐火材料，但是其易水化性，限制了其在水泥窑中的应用。用后镁钙砖中含有较多的SiO2、Fe2O3、Al2O3等杂质，再生过程中这些杂质能够改善镁钙砖的抗水化性，从而制备成抗水化性能极强的再生镁钙砖。因此，再生镁钙砖不仅充分利用了用后镁钙砖的组成解决了水泥窑用镁钙砖的易水化问题，还减少了镁铬砖的污染问题。. 本项目将整块用后镁钙砖破碎混匀后，经煅烧处理并与电熔镁砂混合，以石蜡为粘结剂，合成了MgO含量分别为80 wt.%、70 wt.%、60 wt.%的再生镁钙砖生坯，将其在1873 K保温2 h的条件下烧成，制备出相应的再生镁钙砖，实现了用后镁钙砖的大量利用，且再生镁钙砖结构致密，常温力学性能优良。.对比分析在通空气和密闭条件下烧成制备的成再生镁钙砖，发现密闭条件下的烧成气氛为还原性气氛，导致MgO的部分还原，再生镁钙砖的整体结构受到破坏。因此，氧化性烧成气氛较还原性气氛，更有利于提高再生镁钙砖的致密性、常温力学性能。. 研究了再生镁钙砖在水泥窑中的使用性能，包括抗水化性能、高温力学性能、挂窑皮性能：发现空气静置实验和热水实验后，再生镁钙砖最大的质量增加率分别为0.60 wt.%和0.90 wt.%，表现出了非常优良的抗水化性能。发现MgO含量为80 wt.%的再生镁钙砖具有非常优良的高温抗折性能，MgO含量分别为80 wt.%、70 wt.%的再生镁钙砖表现出了优良的挂窑皮性能。综合考察，MgO含量分别为80 wt.%、70 wt.%的再生镁钙砖较为适合使用在水泥窑中，其中用后镁钙砖的最大利用率为66.97 wt.%。. 向MgO含量为70 wt.%的再生镁钙砖混合料中添加总质量1.5 wt.%、3.0 wt.%的分析纯SiO2，考察再生镁钙砖中主要杂质SiO2对再生镁钙砖性能的影响。发现随着再生镁钙砖中SiO2含量的增加，导致3CaO•SiO2含量增加，并降低了再生镁钙砖中4CaO•Al2O3•Fe2O3的含量，进而导致了再生镁钙砖体积密度、常温抗折强度的下降，而高温抗折强度和挂窑皮强度的提升。综合上看，再生镁钙砖中SiO2的含量不应超过4.17 wt.%。