盐湖镁渣制备磷酸镁水泥的水化过程研究及其工业应用价值

针对传统磷酸镁水泥(MPC)原料成本高的问题，研究人员以盐湖提锂副产物镁渣(MS)为原料，通过煅烧获得低成本氧化镁(SLd-MgO)，结合KH2PO4制备盐湖磷酸镁水泥(SLMPC)。通过水化动力学模型、XRD和SEM等技术，揭示其水化产物在6分钟进入加速反应阶段，最高放热率达6.29 J·g–1·min，主要水化产物在50-60分钟形成。该研究为MS资源化利用和低成本MPC生产提供理论支撑。

　　

随着全球能源结构向清洁化转型，锂资源需求激增带动盐湖提锂产业快速发展。然而每生产1吨Li₂CO₃伴随产生5-7吨镁渣(MS)，其主要成分为MgO和Mg(OH)₂（总量超70%）。传统处理方式面临高杂质含量和环境污染挑战，而将MS转化为镁基胶凝材料成为最具实用价值的解决方案。磷酸镁水泥(MPC)以其快凝、低收缩和重金属固化等特性备受关注，但商业MPC原料死烧氧化镁(d-MgO)需1500-1700°C高温煅烧，成本居高不下。

针对这一难题，青海中信国安科技集团有限公司等机构的研究人员创新性地利用MS煅烧产物(SLd-MgO)替代传统d-MgO，制备出具有工业应用潜力的盐湖磷酸镁水泥(SLMPC)。通过多尺度表征技术，系统揭示了SLMPC与传统MPC相似但独具特色的水化机制。该成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》，为盐湖固废高值化利用开辟新路径。

研究采用X射线衍射(XRD)追踪水化产物相变，扫描电镜(SEM)观察微观形貌演变，结合pH值和热重(TG)分析构建完整反应图谱。通过差示扫描量热法(DSC)精确测定水化放热过程，并建立动力学模型解析反应机制。实验原料MS来自青海盐湖提锂企业，经1000°C煅烧后制备SLd-MgO（比表面积1.629 m²·g^–1，平均粒径7.13 μm）。

结晶相分析与DSC-TG
XRD显示水化30分钟才出现KMgPO₄·6H₂O和MKP特征峰，定量分析表明50-60分钟为水化产物集中形成期。TG曲线在100-200°C和400-500°C出现明显失重台阶，分别对应MKP结构水和Mg₃B₂O₆分解。

水化放热特性
DSC检测到SLMPC在6分钟内即进入加速反应阶段，最高放热速率达6.29 J·g^–1·min，总放热量205.3 J·g^–1。动力学建模表明：加速期受自催化反应控制，减速期由自催化与扩散共同作用，稳定期则完全由扩散机制主导。

微观形貌演变
SEM观察发现早期水化产物呈无定形态，随反应进行逐渐形成典型片状MKP晶体。pH监测显示溶液酸性环境（初始pH≈4）是促进MgO溶解的关键因素。

该研究证实SLMPC具有与传统MPC可比的水化性能，且原料成本降低约40%。通过建立"煅烧-水化-表征"全链条技术体系，不仅解决了盐湖固废处置难题，更拓展了MPC在道路修复和重金属固化等领域的应用前景。特别值得注意的是，MS中特有的Mg₃B₂O₆杂质并未显著影响水化进程，反而可能通过"晶核效应"促进MKP结晶。研究团队提出的三阶段动力学模型为工业化生产中的工艺调控提供了理论依据，其"以废治废"的技术路线对实现盐湖资源可持续发展具有示范意义。