摘   要:硼泥是在使用硼矿生产硼砂和硼酸的过程中产生的一种工业固体废渣。硼泥的大量排放不但占用大量的土地造成地下水污染，因其颗粒细小，失水后随风飞散成为粉尘，污染大气环境，成为社会公害。为了解决硼泥所造成的环境问题，国内外专家根据其成分与性质将其进行合理的资源再利用，本文对现今硼泥的各方面综合利用技术进行了总结及展望。

关键词:硼泥;综合利用;废弃资源再利用

1 硼泥的组成及性质

硼泥是一种由多种金属氧化物、矿物质等组成的固体残渣，其中含有SiO2(23.0%～43.4%)、MgO(22.6%～32.7%)，Fe2O3(10.1%～21%)，根据不同工厂生产过程中使用的原料、工艺不同，硼泥的成分及性质也有所差异，根据不同情况还可能含有Be2O3、CaO、FeO、Al2O3、Na2O、K2O等。除此之外，硼泥中还含有有菱镁石、石英、镁橄榄石、镁铝黄长石、磁铁矿等矿物成分。硼泥中的镁元素主要以镁橄榄石态和碳酸镁态存在，硼元素以Be2O3的形式存在于其他矿物中，不单独且微量存在。硼泥中还含有微量的铀(小于0.0005%)和钍(小于0.0005%)，可认为无放射性，含有极微量的有毒物质。

硼泥一般呈棕灰色、灰白色或淡红色，是具有较好的粘结度和密实性的粉状固体，其塑性指数为6.0～14.0，真密度为2.0～3.3g/cm3，堆积密度为1.4～2.2g/cm3。硼泥是硼镁铁矿经过高温煅烧后形成的产物，煅烧过程中矿物失去结晶水，导致表面形成疏松多孔的不规则结构。pH值为8～11，呈碱性，烧失率15%～25%。硼泥干容重1200～1250kg/m3左右，湿容重1500～1700kg/m3，比重2.5～3.3，细度小于5.1%，比表面积大且分散性较好。当硼泥采用湿法排放时(多采用)，自然含水率30%～35%，呈粘稠状，干燥后其含水量可以降至3.1%～6.2%，结成泥块，但很容易磨成细粉和破粉碎处理。

2 硼泥的综合利用研究

2.1 利用硼泥制作各类材料

2.1.1 烧结材料

硼泥中含有大量的MgO与SiO2，可用于制备硼泥砖、陶瓷等烧结材料。根据硼泥的组成，加入适当的红砖粉、玻璃粉、粉煤灰等外掺料可以烧制硼泥砖。其工艺流程为:首先将硼泥和外掺料进行干燥、筛分和称量，同时将水进行称量后，混拌在一起入模再加压成型后脱膜干燥，经过一定时间的煅烧烧制出成品。研究发现，掺入硼泥25%时制得的砖体的力学性能优于普通黏土砖。60%～80%的硼泥与掺合料、膨胀剂等制备陶粒，其十分耐火、耐高温。

据外国专家研究，硼泥还有作为陶瓷助溶剂的巨大潜力。硼在瓷器体中具有较强的熔解作用，其具有吸水率和开孔率低且煅烧所需温度低的优点，但也存在一些不足，例如由于某些封闭孔隙度导致陶瓷的体积密度较低、B2O3百分比的小波动可能会直接影响其技术成果等。然而，硼酸盐作为硼泥的次要成分通常由黏土矿物、长石和石英等复杂混合物组成。因此，它们在陶瓷加工过程中的实际行为取决于硼含量以外的其他因素，例如黏土矿物的数量和类型。虽然利用硼泥烧制陶瓷是可实现的，但从技术角度来说，硼泥重量增加5%，在工业实践中可能会出现一些问题。由于污泥的强熔解效应，需要一个十分精确的用量来严格控制其燃烧。可以设想一种可行的途径，通过传统助溶剂的供应链解决废物回收问题，例如将硼泥与长石质岩石混合。这样的溶液特别适合具有中等熔融性的石英石原料(如花岗岩、流纹岩或长石)，添加硼泥可显著增强其熔融性。

利用硼泥制备烧结材料是目前消耗硼泥的主要途径之一，其用量相比而言较大但消耗量仍不足总量的50%。此外，制备烧结材料一般采用高温烧结，存在耗能高、成本高的问题。

2.1.2 应用于冶金工业的材料

由于硼泥含有较多MgO与SiO2以及其他金属氧化物和稀土氧化物等，这些成分可使硼泥作为溶剂用于锰硅合金的冶炼，能够增强炉渣的流动性，提高反应的速度。据研究表明，将硼泥作为溶剂应用于冶炼锰硅合金能大幅增加Mn、Si的回收利用率，并且低耗电，减少资源与能源的浪费。

硼泥还能用作高炉冶炼烧结球团的添加剂，可提高烧结矿的强度，减小烧结矿孔隙率以改善烧结矿的粒度组成，抑制烧结矿的自然粉化，改善其还原性与软化性能，提高台时产量的成功率，大幅提高生铁产量，提高企业经济效益。

制备微晶玻璃是硼泥在冶金行业里比较新的研究领域，微晶玻璃是一种具有独立体系复合材料，兼具玻璃和陶瓷的优点。据研究表明，当加入27%～53%的硼泥时，微晶玻璃能获得最均匀的晶体分布，尺寸最大，化学性质稳定且良好。

2.1.3 新型材料

当前，硼泥在新型材料应用方面的研究主要是集中于泡沫玻璃、PVC等材料的制备。新型保温泡沫材料孔隙率高、密度低、强度高和保温隔热性能好。据研究表明，利用硼泥通过浆料发泡法高温烧结制备的硼泥基泡沫材料在材料发泡方面效果十分理想，抗压强度与温度成正比。有研究将脱Mg后的硼泥混入废玻璃制得泡沫玻璃，实践证明制备出的泡沫玻璃各项性能指标都十分良好。

硼泥还可发挥填充作用制备PVC材料，在研究中发现，与由碳酸钙制备的填充PVC制品的性能相比，两者虽在力学性能方面效果接近，但以硼泥为填充料制备的PVC材料可以大大降低生产成本。将铝灰和硼泥制备水滑石类环保阻燃剂，并添加到丁苯橡胶中，可改善橡胶的使用性能。在聚丙烯中添加由硼泥与有机蒙脱石复配制备成的无机环保阻剂，可使聚丙烯复合材料的氧指数由提高至27%。

由于硼泥富含氧化镁和二氧化硅的特性，有学者提出利用硼泥合成铁酸镁－镁橄榄石材料的想法，将硼泥制备成低温蓄热材料应用在电暖气、空调等领域。当原料中的质量比为MgO∶Fe2O3=40∶60，原料配方为硼泥占31wt%，轻烧镁粉占28wt%，铁磷占41wt%，烧结温度为1450℃时，可以合成致密性好、微观结构完整、性能优异的铁酸镁－镁橄榄石材料。

2.2 利用硼泥配制砂浆、混凝土、路面基层等建材材料

由于硼泥中含有较多SiO2、CaO、Al2O3，有较好的粘结性能且比表面积大、分散性好，γ辐射照射率低于环境本底，可用于制备混合砂浆、建筑混凝土、路基混合料等建筑材料。

有研究表明，硼泥能代替混合砂浆中的石灰制得硼泥混合砂浆，且其具有良好的性能，各项性质满足安全施工技术要求。当硼泥混合砂浆作为砌筑砂浆时，其抗压抗剪强度、软化系数均高于白灰混合砂浆，且均有良好的抗冻性能。作为抹灰砂浆，其导热系数小，能够有效隔热防寒。

硼泥可做掺合料配制混凝土，发挥添加剂作用。起初有研究者担心Mg(OH)2膨胀的问题，但掺入硼泥后发现这个问题并没有出现，不影响混凝土的稳定性。硼泥的添加能显著提高混凝土的各项性能，例如早期强度、抗折强度、抗冻性和抗渗性能等，也能保证后期的安全使用，硼泥的添加量可高达30%～45%。

硼泥还可取代石灰或者通过采用水泥、石灰和粉煤灰等材料合理配比使硼泥形成固化土从而制备符合技术标准的路面基层材料。

此外，硼泥还能作为一种新型的粘结和填充材料用于工程设施的修建。例如，将硼泥与少量的细粉混料按配比混合可以制备出导热系数低、保温隔热效果良好的硼泥陶粒基纤维混凝土外墙板。硼泥还能应用于改善矿物砖例如页岩砖强度低、易破碎的问题，使其抗压、抗折强度增强。

2.3 提取硼泥中可回收可利用成分

对硼泥中的Mg、Si、Fe、B等成分采用化学方法进行分离提取，采用选矿法等提取硼泥中矿物成分，可实现硼泥的最大化利用。尤其以提取Mg、MgO及其化合物的研究居多，MgO、MgCO3、MgSO4等含镁化合物在化工冶金方面都有着极其广泛的应用。目前国内镁元素的生产量较低，若能从硼泥中大批量回收镁，不仅可以解决环境问题，而且能大大提高社会经济环境效益。从硼泥中分离提取镁元素的方法主要包括酸(碱)解法、硅热法以及碳化法等。提镁后的硼泥废渣仍可用于生产硼泥砖、水泥及混凝土等。提镁工艺主要涉及的化学反应如下:

硼泥提镁还能采用硅热还原法，在一定的温度和密闭条件下，从硼泥中提取65%～75%的镁元素，且能达到极高的纯度。提取后的镁元素还能通过酸浸碱沉后制备碱式硫酸镁晶须，晶须直径能达到1μm，长度50～60μm，可应用于复合材料、阻燃材料等领域。

从硼泥中提取MgO可以采用直接沉淀法、常压硫酸浸法或碳酸铵碳化再高温煅烧;从硼泥中提取Mg(OH)2可先用硫酸浸出硼泥中的MgO，再纯化得较纯的片状Mg(OH)2;采用碳化法可制备符合标准的轻质MgCO3，MgCO3可应用在耐火材料、添加剂和保温材料等。除了镁元素，还能利用酸性气体的饱和溶液浸出硼元素，回收的SiO2、Fe2O3等有效成分。

以上提取有效元素的方法，成本较高且硼泥消耗量小，酸反应中使用大量酸会造成二次污染和能量消耗。碳化法只能提取碳酸镁以及碱式碳酸镁中的镁元素导致镁的回收率偏低。故此领域仍然有很大的发展空间，研究出低成本、低能耗、低污染、高回收的工艺是必要的.

2.4 利用硼泥制作废水处理絮凝剂

在废水处理领域，用硼泥和含AlCl3、HCl的废液按一定比例配比，经加热等操作步骤制得的硼泥复合混凝剂已应用于各类工业废水和生活污水的处理。硼泥复合混凝剂作为一种新型的混凝剂能有效去除污水中的COD、SS、油等。

硼泥经过干燥、粉碎、筛选后再加热得到的活性硼泥，利用其中的镁、钙等元素可用于去除废水中的氟。采用硫酸铁还原硼泥，再用活性硼泥絮凝沉降的方法可去除电镀废水中的Cr3+。在制革废水处理中，硼泥复合混凝剂比Al2(SO4)3、FeSO4的COD去除率高。

2.5 利用硼泥制作农用产品

硼泥中含有Mg、Si、Fe、Ca、B等化学元素，能提供农作物生长的必需营养元素，尤其是硼元素，硼能有效地预防黑根病、枯萎病及青干病等农作物常见病症。硼泥经过自然干燥、碾碎后与浓H2SO4均匀混合后经干燥、粉碎即可得硼镁肥，其中富含的MgSO4、硼酸、Mg(NO3)2和Si2O等物质能提供大量农作物生长所需要的营养成分。将湿硼泥与磷矿粉进行中和再经干燥、粉碎可得硼镁磷肥。若将硼镁磷肥与可溶性K2SO4相复配，就可以得到硼镁磷钾肥。适当使用这几种肥料就可以显著提高农作物的产量和质量，改良农作物生长环境。硼泥还能通过添加适当的促释剂进行促释处理，将其应用到农作物上，研究表明，促释型的硼泥可以提高农作物的叶绿素含量并且增加光合作用速率，其肥料效果明显优于硼泥本身。硼泥还能用来配制除草剂，并且其除草效果优良。

3 总结

硼泥的大量产生与堆积造成的环境问题已迫在眉睫，可根据硼泥产量多、成本低、富含Mg、Si、Fe、Ca、B等有价化学元素、粘结度和密实性好等不同特性，研发出更加绿色环保的资源综合利用工艺，生产更多的高附加值产品。目前，硼泥的综合利用还存在诸多缺陷需要改进，例如高耗能、二次污染严重、无法规模化再利用等。未来硼泥的资源化利用工作重点应该是提高硼泥产品的经济附加值、高效的硼泥综合利用率不仅能减少硼泥带来的环境污染，改善生态环境，还能为企业、国家带来更好的经济效益，有利于硼工业可持续发展，实现经济生态循环绿色发展。

文章作者：王泠力，臧树良，李 超

文章来源：《四川建材》

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