氯氧鎂水泥化學成分組成探討

王亞茹，陳曉景，李淑新

(保定學院生物化工與環境工程學院，河北 保定 071000)

氯氧鎂水泥是由MgO-MgCl2-H2O三元體系組成的，與普通硅酸鹽水泥相比，是一種早期強度比較高的氣硬性膠凝材料，具有低溫凝結快、黏結強度高、干縮小和耐鹽腐蝕性好等優點[1]。在我國西部地區，鹽湖分布廣泛，受鹽湖影響，這些地區的橋梁建筑、公路等混凝土基礎設施建設遭到嚴重的腐蝕破壞。據有關統計[2]，我國青海境內的察爾汗鹽湖鹵水含鹽量超過400 g/L。廣闊的鹽湖可以提取大量含氯化鎂廢料，而氯化鎂作為氯氧鎂水泥的原材料，不僅可以降低生產成本，還可有效解決鹽害等問題，實現廢物利用，保護環境。

1 原材料組成

1.1 輕燒氧化鎂

我國是一個菱鎂資源豐富的國家，鎂資源儲量超過30億噸，占全球儲量的三成左右，居世界第一。目前使用的氧化鎂粉大多是由煅燒菱鎂礦得來，所以通常把氯氧鎂水泥稱為菱鎂材料或者菱鎂制品[3]。

輕燒氧化鎂是配制氯氧鎂水泥的重要組成部分，由煅燒菱鎂礦和白云石礦獲得。我國東北地區盛產菱鎂礦，西部地區盛產白云石礦，它們都是含碳酸鎂(MgCO3)的礦物，高溫下煅燒會發生如下反應：

(1)

輕燒氧化鎂粉的化學成分和技術性能指標如表1和表2所示。

輕燒菱鎂粉貯運時應密閉防水防潮，防止吸收水分生成Mg(OH)2、MgCO3而失去活性。其中，MgO的含量在75%以上，顏色呈淺黃色，是活性較高的產品，用于氯氧鎂水泥的制備。菱鎂粉在不同煅燒溫度下物理特征如表3所示。

表1 輕燒氧化鎂化學成分 W/%

表2 輕燒氧化鎂技術性能指標Tab.2 Technical performance indexes of light burned magnesia

表3 不同煅燒溫度下菱鎂粉物理特征Tab.3 Physical characteristics of magnesite powder at different calcination temperatures

1.2 氯化鎂

我國青海省等地分布著許多鹽湖，鹽湖可提取鉀肥，而提取鉀肥后的副產品就是氯化鎂。為了實現可持續發展式提取鉀肥，必須及時處理氯化鎂，否則會造成鹽害，影響原有礦的結構。氯化鎂易溶于水且極易潮解，應用于潮濕的環境中會吸收空氣中的水分，達到飽和時過剩的氯化鎂就會從毛細孔泛出，俗稱為返鹵。

市售的氯化鎂一般分為不含結晶水和含結晶水的。通常在工程中使用的氯化鎂為六水氯化鎂，其主要化學成分如表4所示。

表4 六水氯化鎂化學成分 wt/%

氯化鎂在貯運過程中應嚴格密封包裝，否則容易受潮結塊，儲存時不得與其他物品混雜。

1.3 拌和用水與集料

試驗所用拌和水為生活用水。集料碎石與氯氧鎂水泥各項力學性能具有相關性，通常根據不同的使用環境進行調整。

2 產物反應過程

氯氧鎂水泥性能通常受MgO、MgCl2以及H2O等原材料的影響，尤其以三者之間的比例影響最為顯著。但氯氧鎂水泥的水化反應極其復雜，關于三種原材料最佳配合比例仍沒有達成一個共識。部分學者認為，當摩爾比小于4時，氯氧鎂水泥內部晶體相會由5·1·8(5Mg(OH)2-MgCl2-8H2O)相結構向3·1·8(3Mg(OH)2-MgCl2-8H2O)相結構轉化。而當摩爾比為4～6時，氯氧鎂水泥的性能達到最佳，內部晶體會由3·1·8相結構向5·1·8相結構轉化，當摩爾比大于6時，容易形成3·1·8晶體相以及氫氧化鎂。在工程實踐中更傾向于形成5·1·8相結構，即5Mg(OH)2-MgCl2-8H2O結構。因為鎂水泥的水化反應并不是簡單的離子反應，而是一種聚合反應， 其內部為[Mg(H2O)6]2+，外部為[Cl-(O-Mg-OH)m]絡離子介穩得到的。

通常認為，組成材料MgO的技術指標、MgCl2溶液的濃度、MgO與鹵水兩者之間摻量比例等會對氯氧鎂水泥膠凝材料的強度發展、耐久性、抗干縮變形能力等造成重大影響，并認為MgO的活性以及比表面積應處于一定的區間內。過大或過小的活性以及比表面積均會對氯氧鎂水泥造成負面影響。此外，氯氧鎂水泥的耐水性不佳，通常要摻入部分外加劑，能達到改善耐水性效果較好的外加劑有磷酸、無機鹽類、磷酸鹽、有機類改性劑以及纖維類等。

3 結語

通過分析氯氧鎂水泥原材料的化學組成，對各原材料的物理特征和工程特性進行了探討，總結了各種原材料對最終產物的影響。對氯氧鎂水泥的水化產物組成進行了分析，5·1·8相是氯氧鎂水泥最穩定的結構組成，未來應通過宏觀性能測試與微觀結構測試兩方面分析其水化進程。