电解锰渣在建筑材料中的应用研究
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1 研究现状
十年 前，有 关 企 业 将 电 解 锰 渣 作 为 原 料，用 以改善水泥颜色（ 曾木森，2000） 。之后，研究认 为电解锰渣属于工业副产品──化学石膏 ，可部
分替代石 膏 作 水 泥 缓 凝 剂，可 作 为 粉 煤 灰、粒 化 高炉矿渣的硫酸盐激发剂，可与粉煤灰或粒化高 炉矿渣生产混凝土复合掺合料等（ 冯云，2006； 刘 惠章，2007） 。湖南工学院将电解锰渣煅烧，与粉 煤灰制成锰渣-粉煤灰复合掺合料，制得性能良好 的复合掺合料，同时以含水电解锰渣经生石灰消 解后制得粉煤灰激发料，制备以低等级粉煤为主 要原材料的混凝土试块（ 李坦平，2007） 。重庆大 学研究认为电解锰渣可归属于硅酸盐材料，因含 多种硫酸 盐，在 作 为 水 泥 缓 凝 剂 时 还 需 深 入 研 究，同时研究电解锰渣-粉煤灰-石灰-水泥胶凝材 料，生产出抗压强度在 10 MPa 以上的电解锰渣 免烧砖（ 钱觉时等，2009； 蒋小花等，2010） 。贵州 大学利用电解锰渣作为墙地砖原料，成功地将其 引入陶瓷墙地砖生产中，认为采用酸浸锰渣制备 陶瓷墙地砖是可行的，色泽上也基本能满足陶瓷 墙地砖的白度需求，可在工业生产中应用（ 张杰 等，2009） 。中国环科院和我院在电解锰渣应用 方面也进行了研究（ 表 1） 。
表 1 电解锰渣应用于建筑材料方面的专利受理情况表
专利名称 一种利用电解锰渣制备建筑材料的方法
一种电解锰渣砖及其制备方法 一种利用电解锰渣生产的加气混凝土以及制备方法 一种采用电解锰渣作为水泥矿化剂生产水泥的方法
电解锰渣制备的空心砌块及其制备方法
申请号 200910085791. 1 2009103046665 2009103094103 201010134817. X 201010132307. 9
射仪对电解锰渣的物相进行研究，电解锰渣主要 矿物成分 为 二 水 石 膏、石 英、水 化 硅 酸 二 钙 等。 利用低本底伽马能谱仪对电解锰渣的放射性进 行研究，其外照射指数和内照射指数分别为 0. 3 和 0. 2，放射性方面研究认为其具备作为建筑材 料的条件。
增刊
矿物学报
173
表 2 电解锰渣烧失量及主要元素含量（ % ）
参 考 文 献：
冯云，刘飞，包先诚 . 电解锰渣部分代石膏作缓凝剂的可行性研究 . 水泥，2006，（ 2） ： 22-24. 蒋小花，王智，侯鹏坤，等 . 用电解锰渣制备免烧砖的试验研究 . 非金属矿，2010，33（ 1） ： 14-17. 李坦平，何晓梅，谢华林，等 . 电解锰渣-生石灰-低等级粉煤灰复合掺合料的试验研究 . 新型建筑材料，2007，34（ 1） ： 66-69. 刘惠章，江集龙 . 电解锰渣替代石膏生产水泥的试验研究 . 水泥工程，2007，（ 2） ： 78-80. 陆新元 . 区域环境综合整治“锰三角”模式的永示 . 环境保护，2009，（ 1） ： 26-29. 钱觉时，侯鹏坤，王智，等 . 可用于建筑材料的电解锰渣性能试验研究 . 材料导报，2009，23（ 5） ： 59-61，74. 严旺生 . 中国锰矿资源与富锰渣产业的发展 . 中国锰业，2008，26（ 1） ： 7-11. 曾木森 . 用电解锰渣代替部分石膏并改善水泥颜色 . 水泥，2000，（ 6） ： 13-14. 张杰，练强，王建蕊，等 . 利用锰渣制备陶瓷墙地砖试验研究 . 中国陶瓷工业，2009，16（ 3） ： 16-19.
172
矿物学报
2010 年
电解锰渣在建筑材料中的应用研究
甘四洋1，2 ，王勇1，2 ，万军1，2 ，陈彦翠1，2 ，叶文号1，2
（ 1. 贵州省建筑材料科学研究设计院，贵州 贵阳 550070； 2. 贵州工业废渣综合利用研发测试中心（ 平台） ，贵州 贵阳 550070）
我国锰矿资源丰富，保有查明资源量 7. 46 亿 吨，以碳酸锰矿为主，占总储量的 73% 。我国锰 矿 品 位 较 低，杂 质 高、加 工 性 能 差 （ 严 旺 生， 2008） 。生产锰金属过程，伴随大量的废渣产生。 电解锰渣是用硫酸溶液处理菱锰矿残留的固体 废弃物，硫酸盐、氨氮、锰的浓度极高。每生产 1 吨锰产生 6 ～ 10 吨锰渣，现存电解锰渣 5000 万吨 以上，并正以约 1000 万吨 / 年的量增加。电解锰 渣堆置，加大企业成本，消耗土地资源，并致使有 害元素渗 入 地 表 和 地 下 水，引 起 国 家 高 度 重 视。 2005 年胡总书记在《“锰三角”污染问题亟待解 决》中批示： “深入调查研究，提出治理方案，协调 三省、市联合行动，共同治理”（ 陆 新 元，2009 ） 。 对锰渣的综合治理和利用成为急需解决的问题， 用于建材是目前被视为最为经济可行的方法。
烧失量 15. 53 K2 O 0. 93
SiO2 30. 62 Na2 O 0. 31
Al2 O3 5. 38 Fe2 O3 10. 85
CaO 10. 11 TiO2 2. 22
MgO 1. 39 MnO 3. 02
3 电解锰渣掺入量对强度的影响
电解锰渣来源于贵州松桃； 乌江 425# 普硅水 泥； 机械砂； 碎石。按表 3 称量各主要组分，先将 所需水加 入 到 搅 拌 机，然 后 把 电 解 锰 渣 加 入 水 中，并不 停 地 搅 拌，至 电 解 锰 渣 完 全 与 水 混 匀。 再加入所需质量机械砂，至混合均匀按水泥胶砂 成型，水中养护 28 d 后测量其抗折和抗压强度， 其结果如图 1 所示。随着电解锰渣掺量的增加， 其抗折 和 抗 压 强 度 不 断 降 低。掺 量 在 60% ～ 80% 时，抗 折 在 3. 1 ～ 4. 4 MPa，抗 压 在 14. 4 ～ 23. 8 MPa。
申请人 中国环境科学研究院
贵州省建筑材料科学研究设计院
2 电解锰渣基本物化性能研究
参考 GB / T176-2008 和 GB / T5484-2000 对其 烧失量和主要元素分析（ 表 2） 。利用 X 射线衍
基金项目： 贵州省重大专项 ［黔科合重Байду номын сангаас专项（ 2007） 6009 号］ 作者简介： 甘四洋，男，1985 年生，硕士，主要从事建筑材料研发和 固废资源化利用 . E-mail： gansiyang@ 163. com
表 3 电解锰渣水泥胶砂试块的各主要组分含量（ g）
序号 1 2 3 4 5
锰渣 1200 1125 1050 975 900
标准砂 0 75
150 225 300
水泥 300 300 300 300 300
图 1 电解锰渣的试块的抗折和抗压强度
4结论
通过对电解锰渣的物理化学研究和分析，认 为电解锰渣具备作为墙体材料的条件，同时通过 试验对其 强 度 进 行 研 究，电 解 锰 渣 加 入 少 量 水 泥，其强 度 满 足 要 求。因 此 合 理 地 利 用 电 解 锰 渣，解决锰渣污染和资源再利用等问题具有重要 的社会、环境和经济意义。
十年 前，有 关 企 业 将 电 解 锰 渣 作 为 原 料，用 以改善水泥颜色（ 曾木森，2000） 。之后，研究认 为电解锰渣属于工业副产品──化学石膏 ，可部
分替代石 膏 作 水 泥 缓 凝 剂，可 作 为 粉 煤 灰、粒 化 高炉矿渣的硫酸盐激发剂，可与粉煤灰或粒化高 炉矿渣生产混凝土复合掺合料等（ 冯云，2006； 刘 惠章，2007） 。湖南工学院将电解锰渣煅烧，与粉 煤灰制成锰渣-粉煤灰复合掺合料，制得性能良好 的复合掺合料，同时以含水电解锰渣经生石灰消 解后制得粉煤灰激发料，制备以低等级粉煤为主 要原材料的混凝土试块（ 李坦平，2007） 。重庆大 学研究认为电解锰渣可归属于硅酸盐材料，因含 多种硫酸 盐，在 作 为 水 泥 缓 凝 剂 时 还 需 深 入 研 究，同时研究电解锰渣-粉煤灰-石灰-水泥胶凝材 料，生产出抗压强度在 10 MPa 以上的电解锰渣 免烧砖（ 钱觉时等，2009； 蒋小花等，2010） 。贵州 大学利用电解锰渣作为墙地砖原料，成功地将其 引入陶瓷墙地砖生产中，认为采用酸浸锰渣制备 陶瓷墙地砖是可行的，色泽上也基本能满足陶瓷 墙地砖的白度需求，可在工业生产中应用（ 张杰 等，2009） 。中国环科院和我院在电解锰渣应用 方面也进行了研究（ 表 1） 。
表 1 电解锰渣应用于建筑材料方面的专利受理情况表
专利名称 一种利用电解锰渣制备建筑材料的方法
一种电解锰渣砖及其制备方法 一种利用电解锰渣生产的加气混凝土以及制备方法 一种采用电解锰渣作为水泥矿化剂生产水泥的方法
电解锰渣制备的空心砌块及其制备方法
申请号 200910085791. 1 2009103046665 2009103094103 201010134817. X 201010132307. 9
射仪对电解锰渣的物相进行研究，电解锰渣主要 矿物成分 为 二 水 石 膏、石 英、水 化 硅 酸 二 钙 等。 利用低本底伽马能谱仪对电解锰渣的放射性进 行研究，其外照射指数和内照射指数分别为 0. 3 和 0. 2，放射性方面研究认为其具备作为建筑材 料的条件。
增刊
矿物学报
173
表 2 电解锰渣烧失量及主要元素含量（ % ）
参 考 文 献：
冯云，刘飞，包先诚 . 电解锰渣部分代石膏作缓凝剂的可行性研究 . 水泥，2006，（ 2） ： 22-24. 蒋小花，王智，侯鹏坤，等 . 用电解锰渣制备免烧砖的试验研究 . 非金属矿，2010，33（ 1） ： 14-17. 李坦平，何晓梅，谢华林，等 . 电解锰渣-生石灰-低等级粉煤灰复合掺合料的试验研究 . 新型建筑材料，2007，34（ 1） ： 66-69. 刘惠章，江集龙 . 电解锰渣替代石膏生产水泥的试验研究 . 水泥工程，2007，（ 2） ： 78-80. 陆新元 . 区域环境综合整治“锰三角”模式的永示 . 环境保护，2009，（ 1） ： 26-29. 钱觉时，侯鹏坤，王智，等 . 可用于建筑材料的电解锰渣性能试验研究 . 材料导报，2009，23（ 5） ： 59-61，74. 严旺生 . 中国锰矿资源与富锰渣产业的发展 . 中国锰业，2008，26（ 1） ： 7-11. 曾木森 . 用电解锰渣代替部分石膏并改善水泥颜色 . 水泥，2000，（ 6） ： 13-14. 张杰，练强，王建蕊，等 . 利用锰渣制备陶瓷墙地砖试验研究 . 中国陶瓷工业，2009，16（ 3） ： 16-19.
172
矿物学报
2010 年
电解锰渣在建筑材料中的应用研究
甘四洋1，2 ，王勇1，2 ，万军1，2 ，陈彦翠1，2 ，叶文号1，2
（ 1. 贵州省建筑材料科学研究设计院，贵州 贵阳 550070； 2. 贵州工业废渣综合利用研发测试中心（ 平台） ，贵州 贵阳 550070）
我国锰矿资源丰富，保有查明资源量 7. 46 亿 吨，以碳酸锰矿为主，占总储量的 73% 。我国锰 矿 品 位 较 低，杂 质 高、加 工 性 能 差 （ 严 旺 生， 2008） 。生产锰金属过程，伴随大量的废渣产生。 电解锰渣是用硫酸溶液处理菱锰矿残留的固体 废弃物，硫酸盐、氨氮、锰的浓度极高。每生产 1 吨锰产生 6 ～ 10 吨锰渣，现存电解锰渣 5000 万吨 以上，并正以约 1000 万吨 / 年的量增加。电解锰 渣堆置，加大企业成本，消耗土地资源，并致使有 害元素渗 入 地 表 和 地 下 水，引 起 国 家 高 度 重 视。 2005 年胡总书记在《“锰三角”污染问题亟待解 决》中批示： “深入调查研究，提出治理方案，协调 三省、市联合行动，共同治理”（ 陆 新 元，2009 ） 。 对锰渣的综合治理和利用成为急需解决的问题， 用于建材是目前被视为最为经济可行的方法。
烧失量 15. 53 K2 O 0. 93
SiO2 30. 62 Na2 O 0. 31
Al2 O3 5. 38 Fe2 O3 10. 85
CaO 10. 11 TiO2 2. 22
MgO 1. 39 MnO 3. 02
3 电解锰渣掺入量对强度的影响
电解锰渣来源于贵州松桃； 乌江 425# 普硅水 泥； 机械砂； 碎石。按表 3 称量各主要组分，先将 所需水加 入 到 搅 拌 机，然 后 把 电 解 锰 渣 加 入 水 中，并不 停 地 搅 拌，至 电 解 锰 渣 完 全 与 水 混 匀。 再加入所需质量机械砂，至混合均匀按水泥胶砂 成型，水中养护 28 d 后测量其抗折和抗压强度， 其结果如图 1 所示。随着电解锰渣掺量的增加， 其抗折 和 抗 压 强 度 不 断 降 低。掺 量 在 60% ～ 80% 时，抗 折 在 3. 1 ～ 4. 4 MPa，抗 压 在 14. 4 ～ 23. 8 MPa。
申请人 中国环境科学研究院
贵州省建筑材料科学研究设计院
2 电解锰渣基本物化性能研究
参考 GB / T176-2008 和 GB / T5484-2000 对其 烧失量和主要元素分析（ 表 2） 。利用 X 射线衍
基金项目： 贵州省重大专项 ［黔科合重Байду номын сангаас专项（ 2007） 6009 号］ 作者简介： 甘四洋，男，1985 年生，硕士，主要从事建筑材料研发和 固废资源化利用 . E-mail： gansiyang@ 163. com
表 3 电解锰渣水泥胶砂试块的各主要组分含量（ g）
序号 1 2 3 4 5
锰渣 1200 1125 1050 975 900
标准砂 0 75
150 225 300
水泥 300 300 300 300 300
图 1 电解锰渣的试块的抗折和抗压强度
4结论
通过对电解锰渣的物理化学研究和分析，认 为电解锰渣具备作为墙体材料的条件，同时通过 试验对其 强 度 进 行 研 究，电 解 锰 渣 加 入 少 量 水 泥，其强 度 满 足 要 求。因 此 合 理 地 利 用 电 解 锰 渣，解决锰渣污染和资源再利用等问题具有重要 的社会、环境和经济意义。