硼泥是利用硼镁矿或硼镁铁矿石通过碳碱法生产硼砂过程中产生的工业固体废弃物[1]。在一般情况下，每生产1 t硼砂将会产生4~5 t硼泥[2]。硼泥主要的矿物组成为菱镁矿、铁橄榄石、蛇纹石、石英、斜长石、钾长石、磁铁矿以及一些非晶质颗粒[3]。硼以微量存在于其他矿物中，不形成独立的含硼矿物。高温煅烧后的硼泥主要矿物组成为橄榄石、方镁石以及少量的铁酸镁[4]。硼泥主要化学成分为MgO和SiO2，并含有一定量的B2O3、Fe2O3以及少量的CaO、Al2O3。各厂由于生产硼砂的工艺有所不同，产生的硼泥组分也有略微不同。工业产生的硼泥含水率为35%~40%，呈泥状，干燥后呈块状，但极易破碎和磨细。硼泥的塑性指数为6~14，密度为3.03 g/cm3，pH为9~10。
硼泥可分为白硼泥、黑硼泥和褐硼泥。其中，褐硼泥的产量最多，颜色为红褐色。国内将褐硼泥称为硼泥，其中SiO2质量分数较高。白硼泥产量相对较少，其SiO2成分质量分数偏低，MgO质量分数较高，颜色为白色。黑硼泥是以硼镁铁矿为原料生产硼酸和硼砂过程中形成的渣相物，含铁量较高，MgO质量分数较低，产量较少，因其颜色呈黑色被称为黑硼泥[5]。
随着我国经济的蓬勃发展和社会需求的日益提高，硼砂的需求量呈现显著增长趋势，这也导致硼泥产量急剧上升。据相关报道，一家年产 5 000 t硼砂的工厂，每年将产生约25 000 t硼泥。我国硼泥年产出量超过100万t，仅辽宁省就积压了高达2 000多万t硼泥亟待有效处理[6]。然而，目前对硼泥的处理方式大多采取自然堆积，这种未经任何处理的堆放方式对环境造成了严重污染。硼泥的大量堆积不仅占用了宝贵的土地资源，而且其中的MgO、CaO、Na2O等碱性物质会破坏土壤结构，使土地变得贫瘠，植物无法正常生长。更为严重的是，经过长时间渗透和雨水冲刷，硼泥中的有害物质会渗入地下水，进而污染周边地区的饮用水源，对居民的健康构成潜在威胁。此外，由于硼泥颗粒粒度极小，一旦被风干，硼泥粉尘便会随风飘散，弥漫在空气中，对大气环境造成严重污染[7]。这种由硼泥带来的环境污染问题已逐渐显现，成为当前亟待解决的一大环境公害。寻找有效的硼泥处理方法、实现其资源化利用已成为当前环保领域的重要课题。
近年来，国内外学者对硼泥的资源化利用进行了广泛研究，但对硼泥资源化利用的研究较少。为此，本文从硼泥有价元素提取、材料制备、含硼复合黏结剂和废水处理、农肥制备等方面对国内外有关硼泥资源化利用研究及其进展进行综述，提出目前硼泥资源化利用存在的不足以及未来发展方向，以期为硼泥资源的可持续发展提供参考。
1 硼泥有价元素资源化利用
硼泥中含有丰富的铁、镁、硅、硼等元素以及铷、铯、锂等微量元素，通过特定分离提取技术，能够高效地从硼泥中分离并提取出这些有价元素，进而用于生产多种高性能材料，这可显著提高硼泥的综合利用率。
1.1 硼泥中镁元素提取
硼泥中对镁元素的提取工艺主要有酸浸法、碱解法、硫酸铵焙烧法、氯化铵浸出法、碳化法、硅热法等，这些方法的具体工艺流程和优缺点如表1所示[8-9]。为获得更高纯度的镁产品，同时提高镁的浸出率，一般采用酸浸法、碱解法提取硼泥中的镁。
| 方法 | 方法描述 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 酸浸法 | 利用酸或者酸性盐浸出硼泥中的镁，得到含镁产品 | MgO浸出率高，可达到90%以上，酸浸渣还可用于制备白炭黑 | 酸会腐蚀设备，使用浓酸浸出，耗酸量大、成本高 |
| 碱解法 | 利用碱性物质与硼泥中镁化合物发生反应，得到可溶性镁盐 | 镁回收率高、工艺流程简单 | 产品杂质多、能耗高 |
| 硫酸铵焙烧法 | 利用硫酸铵与硼泥进行混合焙烧，得到含镁产品 | 镁提取效率高、反应条件可控 | 能耗高、后续产品处理较为复杂 |
| 氯化铵浸出法 | 采用氯化铵浸出硼泥中的氧化镁，从而得到碱式碳酸镁 | 操作简单、对环境污染小 | 成本较高、浸出条件受限、浸出率较低 |
| 碳化法 | 利用硼泥中的氧化镁碳酸化反应生成碳酸镁 | 通过加入CO2提取镁，避免了浓酸的使用 | 只能部分提取硼泥中碳酸镁态的镁，镁浸出率较低、高温焙烧能耗大 |
| 硅热法 | 采用硅铁还原剂将硼泥中的镁还原金属镁 | 可将硼泥中的镁还原60%，金属镁纯度99%，还原渣可制备免烧砖，实现硼泥无排放利用 | 工艺操作较复杂 |
酸浸法是利用酸(如硫酸)或者酸性盐与硼泥中的镁化合物发生化学反应，使镁以离子形式溶解在酸溶液中，从而实现镁的提取。王立杰等[10]通过对硼泥进行预处理，首先将其在600 ℃下焙烧活化2 h，此过程导致硼泥表面变得粗糙并形成明显的块状团聚。随后，采用磁选技术有效去除硼泥中的铁质，其主要工艺流程如图1所示。活化后的硼泥与硫酸在三口烧瓶中混合，利用电动搅拌器在95 ℃持续搅拌2 h进行酸浸，最终通过过滤步骤获得硫酸镁产品，在该过程中，镁的浸出率高达94.63%。主要的化学反应式为：
孙青等[11]采用硫酸对硼泥进行直接浸出、梯度碱析、水热反应后得到片状高纯度氢氧化镁粉体，在最佳工艺条件下氢氧化镁质量分数高达99.35%。综合以上研究可以看出硼泥中的镁元素主要富集在菱镁矿、镁橄榄石和蛇纹石等组分中。为了显著提高镁的提取效率，可通过煅烧活化处理，使菱镁矿中的镁以MgO的形式释放出来。而对于镁橄榄石和蛇纹石中的镁的提取，则可以利用强酸破坏其矿物结构，使镁以Mg2+的形式进入溶液，对浸出液进行纯化处理，即可制得相应的含镁产品。
碱解法是利用碱性物质与硼泥中的镁化合物发生反应，从而将其中的镁元素转化为可溶性的镁盐。翟玉春等[12]将硼泥磨细后进行磁化除铁，加入NaOH进行水浸处理，过滤后得到Mg(OH)2，煅烧后得到MgO。采用该方法不仅提高了硼泥中镁的提取效率，而且为后续含镁产品生产提供了优质原料。黄元茂等[13]采用碱熔氨浸联合法提取氢氧化镁，将氢氧化钠与硼泥混合焙烧，利用氯化铵对碱活化得到的镁渣浸出提纯，再采用氨水沉淀得到Mg(OH)2。通过此工艺使硼泥中镁的转化率达到96%，不仅避免了高浓度强碱的大量使用，降低了生产成本，而且在试验过程中氨水和氯化铵能够循环使用，实现了资源的有效利用。碱解法提取硼泥中的镁工艺流程如图2所示，主要包括：将硼泥与氢氧化钠按质量比1꞉3混合均匀，在340 ℃下焙烧30 min，过滤得到氢氧化镁初渣；采用氯化铵对初渣进行纯化浸出，浸出过程在85 ℃下持续进行3 h；过滤浸出液并在滤液中加入体积比为1꞉3的氨水进行沉淀，即可制得氢氧化镁。
硫酸铵焙烧法是采用硫酸铵作为焙烧活化剂与硼泥进行混合焙烧，使其中的镁转化为易溶出的镁盐。郑水林等[14]将硫酸铵与硼泥混合焙烧，将焙烧后的固体产物水溶、除铁，在所得到的溶液中加入分散剂和氨水、氢氧化钠混合剂沉淀、过滤干燥得到氢氧化镁。图3所示为一种硫酸铵焙烧法提取硼泥中镁的典型流程[15]。首先，将除铁硼泥在700 ℃时焙烧3 h；将硼泥煅烧物与硫酸铵按照物质的量比即n((NH4)2SO4)꞉n(MgO)=1.2꞉1.0均匀混合，并在500 ℃时继续焙烧4 h；将焙烧产物进行水溶浸出处理，以去除部分硫酸钙；通过过滤和蒸发结晶，即可制得七水硫酸镁产品。采用此工艺所得镁提取率高，镁的转化率达84%，且(NH4)2SO4可循环再利用，实现了反应介质的内循环，整个流程不会对环境造成二次污染。
氯化铵浸出法是采用氯化铵浸出硼泥中的氧化镁，从而得到碱式碳酸镁产品。王嘉兴[16]利用蒸汽将硼泥加热到60~80 ℃，以激活其中的MgO，离心过滤后得到富含氧化镁的滤饼，加入氯化铵浸出，有效地将MgO从固相转移到液相，在浸出液中加入Mg(OH)2纯化、过滤得到碱式碳酸镁产品。主要的化学反应式如下：
H2O(l)+CaO(s)+2NH4Cl(l)=CaCl2(l)+2NH4OH(l)
(4)
H2O(l)+MnO(s)+2NH4Cl(l)=MnCl2(l)+2NH4OH(l)
(5)
2MgCl2(l)+4NH4OH(l)+CO2(g)=
在该工艺中，氯化铵可循环利用，同时还能得到氢氧化钙和氢氧化锰产品。氯化铵浸出法提取硼泥中的镁的工艺流程见图4。
碳化法是利用硼泥中的氧化镁碳酸化反应生成碳酸镁，通入CO2使硼泥中的氧化镁溶出，将得到的重镁液进行加热，析出碳酸镁或者进一步加工得到轻质碳酸镁。文渊等[17]提出一种碳化法工艺，该工艺通过混合硼泥、氧化钙和蒸馏水进行消化。在消化阶段，关键化学反应如下：
利用氧化钙与水反应生成Ca(OH)2。在反应过程中，Ca2+和OH-吸附在MgCO3表面进行反应，生成Mg(OH)2消化浆料。随后，往消化浆料中通入CO2，CO2溶于水生成H2CO3，电离出
2CO2(g)+Mg(OH)2(l)=Mg(HCO3)2(s)
(12)
随后对碳化产物进行热解，最终得到碱式碳酸镁。热解阶段化学反应如下：
Mg(HCO3)2(s)+2H2O(l)=MgCO3·3H2O(s)+CO2(g)
(13)
5Mg(HCO3)2(s)=4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O(s)+6CO2(g)
(14)
确定最佳工艺如下：消化时间为2 h，氧化钙添加量为20%(基于总物料质量)，固液比为100 g/L，碳化压力为2.0 MPa，热解温度控制在90 ℃，热解持续时间为90 min。整个工艺流程如图5所示。BO等[18]采用对CO2加压，将其通入硼泥浆料中，对硼泥中的氧化镁进行浸出，其实验装置见图6[9]。将反应浆料装入高压反应釜中，进行搅拌及水循环使浆料到达反应温度，快速通入CO2至实验压强，将CO2压强及反应温度维持在预设条件下浸出，氧化镁的浸出率为38.8%。
硅热法是采用硅铁还原剂将硼泥中的镁还原成金属镁的方法。曾大本等[19]使用石灰石和萤石作为造渣剂，硅铁作为还原剂，将硼泥和石灰石先进行焙烧，然后将这些原料粉碎、均匀混合、压成团块。在真空还原罐中进行加热还原反应，可以在还原罐的出口处得到金属镁蒸汽，冷凝后得到结晶金属镁。该工艺可以将硼泥中的镁还原60%，且纯度可达99%，主要工艺流程见图7。值得注意的是，硅热法不仅能够提高硼泥中镁金属的提取效率，而且能够实现资源的循环利用。在反应过程中，造渣剂石灰石和萤石的运用有效地去除了原料中的杂质，提高了镁金属的纯度，同时，这一工艺减少了废弃物的产生，为镁金属的提纯和回收开辟了新的途径。
1.2 硼泥中硅、硼元素的提取
硼泥中硅、硼元素的提取主要有碱熔法和酸浸法。碱熔法提取硼泥中的硅、硼效率较高，但在碱熔过程中容易出现物料结块，可能对设备造成磨损；此外，焙烧熟料难以溶解，碱液难回收，会增加工艺成本。采用酸浸法提取硼泥中的硅、硼元素过程中还可以回收硼泥中的镁，实现了硼泥有价元素的多组元综合利用，但酸浸成本高，同时还会对设备造成腐蚀[20]。
碱熔法是利用熔融氢氧化钠或碳酸钠处理硼泥，从而可提取硼泥中的SiO2和B2O3。NING等[21]将煅烧硼泥与氢氧化钠混合焙烧、水浸、过滤后，采用碳酸化浸出分离滤渣中的B2O3和SiO2，在最佳工艺条件下，B2O3的浸出率为96.59%。宁志强等[22]对工艺进行改进，将烘干后的硼泥与Na2CO3混匀后焙烧，加入NaOH溶液进行搅拌浸出，过滤后得到含硅、硼的滤液，采用滴定法测定滤液中的硅、硼质量分数，最佳工艺条件如下：SiO2的提取率为83.11%，B2O3的提取率为75.28%。各个阶段发生的化学反应如下。
焙烧过程的主要化学反应有：
2Mg3(BO3)2(s)+Na2CO3(l)=Na2B4O7(s)+6MgO(s)+CO2(g)
(18)
浸出阶段发生的主要化学反应有：
主要工艺流程见图8。
酸浸法则是采用酸或酸性盐浸出硼泥，提取其中的硅、硼元素。KIPÇAK等[23]在间歇式反应器中采用硫酸溶液浸出硼泥中的硼，进一步制备硼酸，在优化的最佳浸出条件下，硼的浸出率达到87%，可产生纯度在95%以上的硼酸。DEMIRBAŞ等[24]则采用SO2和CO2饱和溶液浸出硼泥中的硼，制备硼酸，在最佳工艺条件下，制备的硼酸纯度达90%以上。该工艺既能够实现硼泥增值化利用，又能够减少SO2和CO2对环境的污染。ÖZDEMIR等[25]则在稀硫酸浸出硼泥后，通过NaOH调节pH，分步沉淀滤液中的钙、镁，得到含硼的滤液，结晶后得到五水硼砂，在最佳工艺条件下，钙、镁沉淀率分别为98%和97%，五水硼砂的纯度达95%~99%。
1.3 硼泥中微量元素的提取
硼泥中存在铷、铯、锂等微量元素，这些微量元素因具有独特的物理化学性质，在能源、材料科学、电子信息等高新技术领域具有巨大的应用价值，通过精细提取和再利用，可实现资源的循环利用和产业的可持续发展。
ERTAN等[26]为硼泥中铷的提取提供了有效方法，采用冠醚(18-冠-6)通过溶剂萃取法从硼泥中提取微量元素铷，调节pH到8，加入冠醚、苦味酸、盐酸萃取，在最佳工艺条件下，铷的提取率最高达89.52%。ERTAN[27]还进一步研究了硼泥中铷、铯的同步提取技术，采用氯化钙和氯化钠混合焙烧法，通过精确控制硼泥与添加剂的质量比和焙烧条件，铷、铯这2种元素的提取率均达85%以上。ÖZMAL等[28]则利用六氰基铁钴酸钾的吸附特性捕获硼泥中的铷元素，以NaOH为洗脱液，在最佳条件下，铷的吸附量可达90%以上。该方法为铷的提取提供了新思路。
BARUT等[29]通过向硼泥中添加盐类物质CaCl2等进行混合焙烧，焙烧后加入超纯水搅拌过滤，采用火焰原子吸收光谱法测定样品中铯的质量分数，提取出硼泥中的铯，在最佳焙烧条件下，铯的提取率可达90%。不同硼泥中铯的提取率略有不同，但整体均较高。
OBUT等[30]采用硫酸焙烧-水浸工艺提取硼泥中的锂。首先将硼泥润湿，与浓硫酸混合后在高温下焙烧，冷却后经研磨水浸、过滤洗涤、干燥后即可提取硼泥中的锂。在最佳工艺条件下，锂的提取率为85.7%。
总之，硼泥是一种富含硅、镁、硼及铷、铯、锂等微量元素的工业废弃物。通过先进的分离提取技术，可将硼泥转化为具有高附加值产品的宝贵资源。硅元素可用于制备各种硅酸盐材料，镁元素可用于制备镁质耐火材料等，而硼元素则是制备硼酸、硼砂等硼系产品的重要原料。此外，对硼泥中的铷、铯、锂等微量元素进行精细提取，能为高新技术领域如光电、超导、新能源等提供关键原料，实现资源的增值化利用和产业的可持续发展。
2 硼泥在冶金方面的应用
研究表明，硼泥富含MgO、B2O3和SiO2，粒度小，易破碎磨细，具有一定的黏结性能，用于制备铁矿造块添加剂。以硼泥为原料制备含硼复合黏结剂，用于钢铁原料造块，能提高造块产品强度，改善产品性能[31-33]。
2.1 硼泥在球团中的应用
硼泥用作球团添加剂的应用研究始于20世纪70年代末，最初的目的是为了提高凌源钢铁厂保国铁精矿粉的焙烧性能，提高球团矿冷强度。凌源钢铁厂对保国铁精矿配加硼泥进行了试验研究，发现在一定范围内，随着硼泥配入量增加，成球速度增大，生球表面光滑程度较好，加入硼泥的球团抗压强度和落下强度均比配加1.5%膨润土的生球的球团抗压强度和落下强度大[5]。
硼泥中B2O3能够显著提高球团矿强度。在球团焙烧时，B2O3能顺利进入渣相，有效降低渣相的熔点和黏度，进而促进渣相的生成并增加其质量分数，促进铁酸钙的生成以及赤铁矿晶粒长大和聚合。硼泥中MgO质量分数为30%~40%，因此，能够代替菱镁石粉作为球团中MgO的主要来源，而球团中加入适量的MgO能够降低球团矿的还原膨胀率[34-36]。同时，硼泥具有粒度小、比表面积大、可塑性好、黏结性好和成球性好等特点，使硼泥在球团生产中能够显著提高混合料的成球性，加大成球速度，使生球的表面光洁、粒度趋向均匀，强度提高。配加适量的硼泥还可以显著降低球团矿的焙烧温度，扩大焙烧温度区间，从而利于焙烧操作，提高球团矿质量均匀性，因此，硼泥对球团而言是一种有效添加剂。
高强健等[37]通过研究添加硼泥对球团矿强度的影响发现，在一定范围内，随着硼泥质量分数提高，球团矿的抗压强度增大，成品球团矿的孔隙度逐渐减小，球团矿中Fe3O4氧化再结晶作用增强，有助于氧化球团矿的固结。LIU等[38]研究了含B2O3的固体废物改善钒钛磁铁矿精矿球团的冶金性能和B2O3的加入对球团性能的影响，工艺流程如图9所示[39]。研究结果表明：随着B2O3添加量增加，球团矿的抗压强度、断裂韧性有所提高，还原膨胀性能得到改善，但随着球团尺寸的增大，球团内部产生孔洞，球团强度下降。B2O3最佳添加量为1.4%~1.6%。ZENG等[39]研究了B2O3对红格钒钛磁铁矿(HVTM)球团氧化固结过程的影响，发现在未添加B2O3时，晶粒分布均匀，出现大量微孔，然而，由于液相量少无法完全润湿晶粒，导致出现疏松多孔的微观结构；随着B2O3的加入，球团内部孔隙率降低，晶粒尺寸增大，液相量增多完全包裹晶粒，形成致密结构，提高了球团抗压强度。
FU等[40]通过实验研究了硼泥和改性硼泥添加剂替代部分膨润土对球团强度和还原膨胀性能的影响，发现硼泥的适宜添加量为1%，此时，膨润土的添加量可降低至0.3%，其强度与膨润土球团的强度相似；还原膨胀指数RSI为16.10%，略比膨润土球团的低；球团TFe的品位为63.25%，比膨润土球团的高，均满足高炉要求。制备由硼泥和富硼材料组成的改性硼泥添加剂，当添加0.8%改性硼泥添加剂时，膨润土质量分数可进一步降低至0.2%，RSI显著降低。鞍钢集团[41]将硼泥、消石灰和淀粉按一定质量比例混合制成含镁助熔剂的球团黏结剂，发现当添加量为1.6%~1.8%时，球团的抗压强度大于3 500 N，且在450 ℃时无球团爆裂现象。王思源[42]将铁精矿粉、硼泥、膨润土混合均匀后造球，探究了硼泥质量分数对球团质量的影响，发现随着硼泥添加量增大，球团矿强度呈增大趋势，但当硼泥质量分数过大时，球团内部液相黏结相过多，妨碍固相颗粒接触，球团相互黏结，透气性变差；当硼泥添加量为1%时，球团矿质量最佳。
总体来说，球团配加1.0%~2.0%的硼泥可以降低球团焙烧温度，提高球团矿质量。在高炉冶炼中，添加含硼球团矿能显著提高产量，降低焦比，提高炉料透气性和炉渣流动性，使炉况更加顺畅，同时提高煤气利用率，从而优化冶炼过程，提升生产效率。
2.2 硼泥在烧结中的应用
硼泥在烧结生产中的应用研究始于20世纪60年代末，最初的目的是为了解决首都钢铁厂迁安铁精矿烧结矿风化严重的问题。首都钢铁厂发现由迁安铁精矿粉制备的烧结矿在冷却时发生粉化，导致烧结矿产量下降、强度降低，为此，进行了将添加硼泥作为稳定剂与迁安铁精矿粉混合烧结的试验，发现采用硼泥作为添加剂可抑制烧结矿风化，当烧结矿中硼的添加量达到0.008%时，烧结矿风化现象消失。因此，根据硼泥中硼的合量可知，硼泥的适宜添加量为1.2%~1.8%。
硼泥具有较高的化学活性，可以增大烧结过程中物质反应的速度，提高矿化程度，这有助于增强烧结体的强度和稳定性。硼泥粒度小、分散性好、黏结性强，可以提高混合料制粒效果。硼泥中的B2O3可作为结晶化学稳定剂抑制C2S晶型转变，防止烧结矿产生风化现象，还可抑制次生赤铁矿的生成，使烧结矿的矿物组分稳定。同时，B2O3熔点较低，添加到烧结矿中使烧结矿的液相生成较早且液相量增加，具有增强冷却过程的黏结作用。此外，硼泥中含有较多的MgO，在烧结过程中可以生成钙镁橄榄石、镁橄榄石等新矿物，可减少硅酸二钙的生成，从而抑制硅酸钙晶型转变。因此，在烧结矿中，添加硼泥既可以提高烧结矿质量，又可实现硼泥固废资源化利用[43-44]。
邢台钢铁厂和山东省张店钢铁厂为解决碱度为1.0~1.5的烧结矿风化严重问题，考察了硼泥添加量的影响，得出配加1.5%~3.0%的硼泥可抑制烧结矿风化，提高烧结矿机械强度，改善烧结矿的冶金性能[5]。柳浩等[45]通过研究含硼添加剂在钒钛铁矿中的应用发现，硼泥中含有B2O3，B2O3在钒钛烧结中具有助熔剂、稳定剂和改性剂的作用，添加硼泥能够有效改善混合料制粒效果。REN等[46]研究了高温下B2O3对高钛磁铁矿烧结矿物相组成的影响，发现B2O3主要聚集在C2S相中，促进含铁矿物的生成，改变了烧结矿的矿相组成，有利于改善烧结矿的冶金性能。LIU等[47]研究了B2O3对烧结矿性能的影响，不同B2O3添加量的HVTM烧结矿内部结构如图10所示[48]。从图10可知：当B2O3质量分数高于3%时，烧结矿颗粒会出现大孔洞薄壁结构。因此，适量的B2O3能够提高烧结矿的机械强度，改善烧结矿的低温还原粉化性能。由此可知，在烧结矿生产中，添加适量的硼泥能够改善烧结矿冶金性能，提高烧结矿强度。
3 硼泥在材料制备中的应用
3.1 建筑工程材料
硼泥具有较大的比表面积，其微细颗粒在混凝土水化过程中可以形成水泥颗粒的水化核心，从而加速水化晶核的形成，加速水泥水化过程；硼泥中含有较多的非晶质颗粒，可在混合浆料中取代石灰，提高砂浆的强度。硼泥应用于建筑材料中，不仅可提高建筑材料的性能和耐久性，而且可降低成本，具有良好的环保性和适应性，是实现资源综合利用和推动绿色建筑发展的重要途径。
KAVAS等[48]利用硼泥和赤泥生产贝利特水泥，由于硼泥中含有B2O3，硼元素可促进水泥中的C2S晶型的生成，因此，水泥的强度提高。YU等[49]在800~900 ℃的温度范围内对硼泥进行煅烧，煅烧温度升高会降低煅烧硼泥中MgO晶粒的比表面积和反应速度，煅烧后的硼泥用于替代磷酸镁水泥生产中的煅烧氧化镁。在850 ℃下煅烧硼泥，当试样浆料中煅烧硼泥的质量分数低于40%时，其抗压强度随硼泥用量的增加而增加。结果表明，当硼泥煅烧温度为850 ℃且将煅烧硼泥代替40%的重烧氧化镁时，水泥的抗压强度最大。ÖZDEMIR等[50]进一步证明了硼泥作为水泥添加剂的优异性能，发现在水泥中用硼泥作为添加剂得到的水泥砂浆抗压强度比硅酸盐水泥的高，其强度提升幅度高达30%。
ZHANG等[51]研究了硼泥在道路基层的资源化利用效果。利用水泥和石灰石稳定硼泥性能。将硼泥作为道路基层材料添加剂，发现掺入石灰石和水泥更稳定，硼泥的抗压和抗拉强度更大；往硼泥中适当添加骨料可运用于冰冻地区，石灰和水泥的水化过程使混合物强度稳定，硼泥中的SiO2和Al2O3被活化，而B2O3难以被活化，因此，硼泥可回收作为填充物运用到路基中。
3.2 烧结材料
由于硼泥中含有大量的MgO和SiO2，可以与其他材料发生化学反应，形成稳定的化合物，从而可以增强烧结体的强度和稳定性；同时，硼泥具有一定的黏度，在高温焙烧中可与其他材料紧密结合，减少烧结体的气孔和裂纹，因此，可用于制备烧结砖、玻璃、陶粒、保温泡沫等烧结材料。
CHEN等[52]以脱镁硼泥和油页岩半焦为主要原料，Na2CO3为发泡剂制备高强陶粒，发现当硼泥与油页岩半焦比为1꞉1、Na2CO3添加量为10%时，陶粒具有高强度、轻质、耐高温等特点。刘满刚[53]以脱镁硼泥为原料，制备出硼泥基泡沫材料、硼泥粉煤灰基泡沫材料、脱镁硼泥基泡沫材料和硼泥基镁胶凝免烧泡沫材料，得到的新型泡沫材料抗压强度有所提高，这种泡沫材料在吸水材料、保温节能材料等方面具有潜在的应用价值。熔块是一种必不可少的陶瓷成分，由各种高度无定形的材料组成。CICEK等[54]提出用硼泥代替硼酸制备熔块，由于B2O3能够提高陶瓷材料的耐化学性和机械耐久性，采用硼泥能够降低烧结温度，因此，利用硼泥制备熔块和釉料是可行的。
研究表明[55-56]，硼泥中含有一定量的硼，作为添加剂制备微晶玻璃能使玻璃化转变温度和结晶温度降低，为结晶提供了较好的条件，使结晶条件变好，玻璃强度也得到提高。MARANGONI等[57]采用新型烧结方法，以粉煤灰、钠石灰玻璃和硼泥为原料混合直接烧结制成轻质微晶玻璃。由于硼泥中含有B2O3，允许基材在较低温度下烧结并产生大量的黏性流动相，从而提高成品微晶玻璃的机械强度和化学稳定性。CICEK等[58]利用将硼泥与肉骨灰粉混合掺加废玻璃制备微晶玻璃。可见，含硼微晶玻璃可用作绝缘陶瓷添加剂。
张帆等[59]以硼泥、膨润土、改性粉煤灰、煤矸石为原料制备固废烧结砖。硼泥比表面积大、活化能高，在烧结时起到黏结作用，得到的成品烧结砖强度和透水性均比普通黏土砖的高。此外，硼具有玻璃化的能力，因此，硼泥可作为助熔剂应用于赤泥砖中。硼泥替换15%的赤泥用于制备赤泥砖，有助于产生过渡玻璃相。该相在烧结后期消失，赤泥的烧制温度显著降低，赤泥砖的机械强度提高[60]。
3.3 高分子复合材料
硼泥颗粒表面疏松、形状不规则，呈假山石多孔状，易于粉碎，同时，与其他材料混合时能够很好地结合，因此，可以当作填充剂直接应用于高分子材料中。硼泥经过高温煅烧后的矿物组成主要有橄榄石、方镁石和铁酸镁，这些组分在制备高分子材料中具有良好的阻燃性能，此外，硼元素具有增强材料耐热性、阻燃性和抗紫外线性能等特点，这些特性使得硼泥有可能成为高分子复合材料的优良添加剂。
硼泥在马弗炉中于700 ℃煅烧2 h，之后将其加入到温度为100 ℃的水中搅拌加热2 h，在105 ℃下烘干改性。改性后的硼泥中角闪石和辉长石消失，形成一种无机阻燃剂水镁石。将改性硼泥与有机膨润土复配添加到聚丙烯中，可得到聚丙烯复合材料，其氧指数由20.5%提高到27%[61]。硼泥还可代替部分轻质碳酸钙填充聚氯乙烯(PVC)，制成的硬制品力学性能与轻质碳酸钙填充PVC制品的力学性能相近，但硼泥填充PVC复合材料耐水性能更好，并且采用硼泥可以降低制造成本[62]。此外，以铝灰和硼泥为原料制备主要成分为水滑石的环保阻燃剂，并将其添加到丁苯橡胶中，得到的复配阻燃剂阻燃效果更好，采用偶联剂处理后丁苯橡胶的力学性能也更好[63]。TOPALOĞLU等[64]在不使用任何表面活性剂的条件下采用溶剂夹层法制备聚氯乙烯-硼泥复合材料，其工艺流程见图11[64])，通过逆气相色谱(IGC)、傅里叶变换红外光谱、热重分析、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对制备的复合材料进行表征，结果表明在聚合物中加入硼泥可提高纯聚合物的热稳定性。
3.4 耐火材料
硼泥的主要成分为MgO和SiO2，这些组分在高温下具有较强的稳定性和抗热震性，其耐火度相当高，可达到1 750 ℃。硼泥在经过适当处理后可以形成高耐火度的矿相如镁橄榄石等，因此，可用作镁质材料制备耐火材料。
硼泥粒径小，颗粒间接触面积大，导致传质传热速率快，合成反应速度快。对硼泥进行高温处理得到的镁橄榄石产品见图12[65]。在1 500 ℃温度下，镁橄榄石生成率和SiO2转化率快速提高，在10 min的反应时间内分别达到85.0%和97.0%[65]，从而可以用于制备耐火材料。ZANELLI等[66]采用硼泥为主要原料，经过处理后制备陶瓷，发现在一定范围内，随着硼泥添加量增加，陶瓷的烧成收缩率逐渐提高，硼在陶瓷体中起助熔剂作用，且效果较好，因此，生产的陶瓷具有较低的吸水率和孔隙度。李振[67]以菱镁矿尾矿、硼泥、硅石为主要原料，通过固相反应烧结制备镁橄榄石，发现在一定范围内，硼泥质量分数的增加，促进了镁橄榄石结构的致密化，降低了镁橄榄石的烧结温度，并且硼泥中的Fe2O3能够降低镁橄榄石试样的显气孔率，增大其体积密度，从而改善镁橄榄石的烧结性能。此外，由于硼泥中含有蛇纹石且游离石英较少，经过提纯处理后，可取代滑石，按照传统工艺在1 300 ℃时制备莫来石-堇青石匣钵，使得堇青石化温度低、反应完全，钵料的热稳定性和抗折强度提高，经济效益提高[68]。
4 硼泥在废水处理中的应用
硼泥比表面积大、分散性好，能够吸附和聚集水中的悬浮颗粒和胶体粒子，形成较大的颗粒或团块，这些颗粒或团块更易在重力作用下沉淀。因此，硼泥可作为吸附剂或絮凝剂，用于处理印刷厂废水、制革废水、洗煤废水等工业废水和生活废水[69-70]。
利用硼泥比表面积大、碱度高的特性可用于中和吸附含铜酸性废水[71]。在一定范围内，Cu2+去除率随硼泥用量增加而增大，硼泥用量增加使得有更大的比表面积对金属离子进行吸附，并且硼泥呈碱性，可以促进重金属形成氢氧化物沉淀。经处理后，Cu2+的去除率达到98.43%，硼泥表面呈层状结构，更有利于吸附。GORDIENKO等[72]以氢硅酸钙为基料，通过碱法处理硼泥制备的材料可吸附CdCl2溶液中的Cd2+，合成的吸附剂最大吸附量可达(1.7±0.34) mmol/g。
硼泥还可用于制备废水吸附剂。将其与氯化钠混合制备盐载硼泥，再经电解处理获得氯化硼泥浆，并利用低温等离子技术进行辐射处理及精细过滤，可分离出富含镁、铝、铁等关键元素的纯化液。随后，将此纯化液与膨胀珍珠岩混合并陈化，最终制成高效的硼泥废水吸附剂。该吸附剂在处理垃圾渗滤液时，能高效去除其中98%以上的化学需氧量(COD)[69]。此外，硼泥对碱性染料具有较强的吸附能力[73-74]，且随着溶液pH下降，吸附能力略有下降；然而，当温度升高时，硼泥对酸性染料和碱性染料的吸附能力有所降低，这为硼泥处理染料污染废水提供了参考依据。
5 硼泥在农业方面的应用
硼泥中含有丰富的硼、镁元素，硼元素可促进植物的根系生长，增强作物的抗逆性和适应性，对植物光合作用、碳水化合物的运输以及生殖生长等方面具有重要作用；镁元素有助于改善土壤的结构和性质，增强土壤的肥力和保水能力。由于硼泥含有这些对植物生长有益的元素，因此，可用于制备农用肥料[75]。
研究表明，硼泥经过处理后与腐植酸、有益微生物等混合制成生物硅硼钾镁肥，这种肥料可以明显促进作物的生长发育，提高产量[76]。段东平等[77]基于硼泥中硼元素对作物代谢的促进作用，通过酸浸、陈化、球磨及酸解活化等一系列工艺制备出改性硼泥，随后将其与锶螯合物和轻烧粉均匀混合后挤压造粒，开发出硼泥富锶肥。该肥料不仅能显著提高肥料利用率，而且能有效促进作物生长，为硼泥资源化利用及农业肥料创新提供了新途径。硼泥可以有效用于土壤稳定，改善土壤性质。甘霖[78]以硼泥为原料制备复合型土壤调节剂，将硼泥烘干后加入Ca(OH)2调节pH，再依次加入硫酸铜、腐殖质、活性菌，进行挤压造粒即可得到成品。得到的成品可用于改善酸化严重的土质，补充土壤中的微量元素。ZORLUER等[79]将粉煤灰与硼泥混合，研究混合物对土壤稳定性的影响，发现硼泥与粉煤灰混合物能够提高土壤颗粒强度。
6 结论
1) 硼泥作为硼砂生产流程中不可避免的工业固体废弃物，当前普遍采取的处理方式仍为简单的自然堆积。这不仅导致大量土地资源被占用，而且严重破坏了土壤的自然结构，进而引发了严重的环境污染问题。因此，探索硼泥的高效处理措施并努力实现其资源化利用，已成为当前环境保护与资源循环利用领域亟待解决的重要课题。
2) 硼泥的资源化利用途径广泛，涵盖了有价元素分离提取、材料制备、废水处理、农业肥料制备以及铁矿造块添加剂制备等。硼泥中富含硅、镁、硼等元素，对其进行分离提取可用于制备各种高附加值产品，实现硼泥的增值化利用。硼泥中铷、铯、锂等微量元素在高新技术领域具有广阔的应用前景，通过精细提取和再利用，可为相关产业的发展提供有力支撑。同时，经过适当工艺处理，硼泥可用于制备建材、耐火材料、高分子复合材料等。利用硼泥比表面积大、分散性好的特性，可用于制备废水处理的吸附剂或絮凝剂。此外，硼泥中的硼、镁元素有利于植物生长，改善土壤结构，提高土壤肥力，因此，可将硼泥作为肥料或土壤改良剂施用于农田，推动农业可持续发展。值得注意的是，硼泥具有一定的黏结性，硼元素具有较强的化学活性和热稳定性，高炉中硼元素能够强化晶界，提高产品的硬度和韧性，因此，可以硼泥为原料制备含硼复合黏结剂用于钢铁原料造块。这种黏结剂不仅具有较高的黏结强度和较强的稳定性，还能改善造块体的冶金性能，提高产品质量。同时，利用硼泥制备黏结剂还能降低生产成本，减少对其他黏结剂的依赖，进一步推动钢铁行业的可持续发展。
3) 硼泥资源化利用仍面临一些挑战和问题。一方面，硼泥的成分复杂，在处理过程中可能产生二次污染；另一方面，硼泥的应用领域和市场规模仍需进一步扩大。因此，未来的研究应更加注重硼泥处理技术的创新和优化，以降低处理成本，减小硼泥资源化处置过程造成的二次污染。同时，积极探索硼泥在新能源新材料等领域的应用，拓展其应用范围和市场前景，开发高附加值的新产品，以便在高效处置硼泥的同时，实现硼泥的资源化、增值化利用。
钟强, 项思敏, 姜文政, 等. 硼泥资源化利用研究进展[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2025, 56(2): 409-424.
ZHONG Qiang, XIANG Simin, JIANG Wenzheng, et al. Research progress on resource utilization of boron mud[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2025, 56(2): 409-424.