电解锰渣的理化特征及其开发应用的研究 (1)

电解锰渣， 是在碳酸锰矿粉中加入硫酸溶液电 解生产二氧化锰的滤渣， 其排放量是相当大的， 据相 关企业生产统计和报道， 每生产 (2电解锰粉所排 放的酸浸废渣量约为) " # 2
［ ］ ( 。这些酸浸废渣其颗
粒细小， 且含有一定量的有害元素， 任其排放将严重 污染环境； 同时电解锰生产企业须征用大量专用场 地存放， 这样一方面增加了企业土地征用和场地处 置等费用， 使企业生产成本增加； 另一方面又大量消 耗土地资源； 且废渣的长期存放， 一些有害元素通过 土层 渗 透， 进 入 地 表、 地 下 水， 也将影响地下水资
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! " $ 颗粒组成 经勃氏比表面仪测定的 ’ ( # ) 烘干料比表面积 为& ／ ， 经粒度分析仪测定的原渣颗粒组成分 @ ’A B ; 。 别见表0和图’
表$ 电解锰渣颗粒频度分布
料进行了 C 相应 C D E 分析， D E 图谱和 E F . 曲线分 别见图。 !图&
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颗径 ／ A " # ’ # ’ # ! 0 ( 0 ( ! 6 # & ( 6 # !
质量百分数 ／ 5 0 # $ ’ 6 6 @ $ ’ % 6 $ % ( ’ $ 0 ’
颗径 ／ A " @ ( & ( ! @ ( ! ’ ( ( $ ’ ( (
质量百分数 ／ 5 6 $ 0 ( $ ’ @ & $ ( #
表! 电解锰渣化学成分
7 8 9 9 ’ 0 $ ’ ’ * + , 0 $ % & . / , 0 ’ ( $ ’ 1 2 , 0 # $ 6 3 4 , ’ & $ ? ? : , ; $ ’ ? : < , 6 $ 0 ( * , 0 ’ $ 0 = , 0 % ’ $ > 4 , ( $ ? !
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图0 # ( ()锰渣 C D E 图谱
图6 & ( ()锰渣 C D E 图谱
第 0期
李坦平等：电解锰渣的理化特征及其开发应用的研究
8 !
态下或与水拌合后所表现的粘性和塑性， 主要是由 于其颗粒十分细小， 高比表面能所致， 并非化学作 用， 固其不存在机械强度。 但经 0 初凝时间为8 # # $ 处 理 的 锰 渣 料， 4 # ， 终凝为0 ， 表现出较好的胶凝性， 随着处 ? 2 @ 0 #? 2 @ 理温度的提高， 凝结时间快速缩短， ( # # $ 后趋于平 稳， 虽有波动， 但初凝稳定在 " ##= #? 2 @ 之间终凝 稳定在< （见图= ） 。 # # 8 # #? 2 @之间
! 实验结果与讨论
# " ! 基本物理性质 电解锰渣为黑色颗粒细小的泥糊状粉体物质， 其含水量、 密度、 堆积密度等测定结果分别见表( 。
表! 电解锰渣水分含量、 密度、 堆积密度
密度 ／ 湿渣紧堆密 干粉堆积密 干粉紧堆密 平均 含水量 ／ （@ ・ ／ （@ ・ ／ （@ ・ ／ （@ ・ ? .$%）度 .$%） 度 .$%） 度 .$%） A A A A % ( 4 + * !" ! + (* * " * , ( + * #
’ 6
中
国
锰
业
第6卷
在立升筒中的测定值， 干粉紧堆密度则为振动密实 后的测定值。 ! " ! 化学成分与酸碱度 经测定， 原渣料! " 值在# $ % ! & $ &之间； ’ ( #)
烘干料主要化学成分为 * 、/ 、2 、4 , , + , ,和 - . 0 1 0 3 （见表） 。其中 * 含量占 以此推算 * , , ’ $ 0 5， 0 0 属于含 3 ・" ・" , 含量为 6 # $ & 6 5， 4 * , , 3 4 * , 66较高的工业废料。
第! &卷第!期 ! " " #年 )月
中
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L 6 ( M ! &N ! H / " " # O!
B C D E 9 F GH9 E I 9 E G -D E 7 J G 8 ; K
研究论文
电解锰渣的理化特征及其开发应用的研究
李坦平， 周学忠， 曾利群， 何晓梅
（湖南建材高等专科学校 化工系， 湖南 衡阳 & ） ! ( " " ,
图! " ! #$锰渣 % & ’ 图谱
掺8 锰 # 9 水泥的锰渣混合料的强度试验表明， 渣混合料4A和0 =A抗压强度均随煅烧温度的提高 而增长， 但在 ! # # $ 以下增长幅度极小， ! # ##" ! # 而在" （见图< ） 。 $之间增长较大， ! # $后增长缓慢
图( 电解锰渣的 ’ ) * 曲线
图< 掺8 # 9水泥的混合料抗压强度 图= 不同温度下Biblioteka Baidu锰渣凝结时间 图" 不同温度下纯锰渣标准稠度需水量
" -
中
国
锰
业
第% *卷
! 结
论
（ ）根据其颗粒细小和富含石膏成分的特点， * 低温处理的电解锰渣可开发做粉煤灰、 高炉矿渣等 的硫酸盐激发剂， 也可与粉煤灰或高炉矿渣配合生 产混凝土复合掺合料， 或替代石膏作为水泥缓凝剂。
! " $ % & ’ ( ) * " + , % & ’ (* " ’ ’ & . + % $ . % & $ / 01 ( + & . / ( $ % $2 ’ 3 ’ 3 + $ + # # 4 ， : . % ( % ; ’ . % / 3 5 + $ % 6 7 + ’ 3 6 % . $* / , + " + 3 $ % 9 + 8
图- ’ ( #)烘干料 C D E 图谱
图’ 电解锰渣颗粒频度分布
从表0和图’可以看出， 电解锰渣颗粒细小， 分 且近一半的颗 布集中， 小于0 (" A 颗粒占 @ 0 $ 0 0 5， 粒集中在’ 如将该料用于填料工程 #!0 (" A 之间， 或混凝土掺合料等， 无需破碎与粉磨， 这是电解锰渣 综合利用的优势。但颗粒细小， 其保水性好， 含水量 高， 烘干脱水困难， 对于干粉料的开发应用却是不利 的。 图’中在 & 出 (!@ (" A 和 $% (" A 颗粒区间， 现波动和回升， 主要是由于测试样品中存在少量粗 颗粒杂质所致。 ! " % 矿物特性 本次试验对 ’ 并 ( # ) 烘干料进行了差热分析， 万方数据 分别对’ ( # )烘干料、 # ( ( )、 & ( ( )和? # ( ) 煅烧
（ ） 文章编号： ( " " ! $ & % % # ! " " # " ! $ " " ( % $ " & ） 原渣在 ( 经打 （ ! ( " ) =烘干料： " ) = 烘干后， 散和轻度研磨制得的粉料。 （ ）不同温度煅烧料： 在相应温度下恒温 &> ， % 且每半小时翻动一次制得的高温冷却料， 再经打散 和轻度研磨制得的粉料。 ! " $ 实验内容 （ ）原渣： 水分、 酸碱度、 密度与堆积密度、 颗粒 ( 分布。 （ ） 密 度 与 堆 积 密 度、 化学成 ! ( " ) = 烘 干 料： 分、 胶凝性能。 : ; 7、 7 8 9、 （ ）不同温度煅烧料： 胶凝性能。 % : ; 7、
收稿日期： ! " " # $ " % $ " ! 基金项目：湖南省自然科学基金资助项目 （ ） ； 湖南衡阳市科技计划资助项目 （衡科发 ［ ］ 第( " & ’ ’ & " " ( # ! " " & )号文! *号项目） 作者简介：李坦平 ， 男， 湖南平江县人， 副教授， 电话： ， ： 万方数据 （ ( + # % $） " * % & $ , & % % ( * ! $. / 0 1 1 2 4 + + , ! ( # % 4 5 6 . 4 3
参考文献：
［ ］ 刘胜利6 电解金属锰废渣的综合利用 ［ ］ " 7 & 中国锰业， " 8 8 9 & " （ ） ： * ! * : ! & ［ ］ 姚俊， 田宗平， 吴文学， 等6 电解锰废水及水底沉积物中重金属 % 元素对流域污染的研究 ［ ］ （ ） ： 7 &吉首大学学报， " 8 8 8 & % 4 ! ! 4 & ［ ］ 闫振甲， 何艳君6 工业废渣生产建筑材料实用技术 ［;］ ! & 北京： 化学工业出版社， % 4 4 % & ［ ］ 向才旺6 建筑石膏及其制品 ［;］ 中国建材工业出版社， * & 北京： " 8 8 9 &
摘
化学成分、 电解锰渣 要： 7 8 9、 : ; 7 图谱分析和对不同温度下煅烧的电解锰渣的强度测试表明：
属工业副产品化学石膏， 低温下无水化活性和胶凝性， 经一定温度煅烧后， 具有较好的脱水石膏活 性和火山灰活性。 电解锰渣； 理化性质； 胶凝性能； 缓凝剂； 激发剂 关键词：
中图分类号： 8 < ( ( ( 4 ) ! 文献标识码： 9
［ ］ ! 源 ， 污染环境， 危害社会。
近些年来我国电解锰产业发展迅速， ! " " % 年我 国电解锰年销售量为世界第一， 随着工业生产的进 一步发展， 我国电解锰规模将进一步扩大， 相应的锰 渣排放量也将不断增加， 废渣的排放将成为电解锰 企业、 社会的一个难题。如能加以合理开发利用， 不 仅能产生良好的环境效益和社会效益， 同时还将给 电解锰企业带来良好的经济效益。
上述 % 电解锰渣的主要 & ’ 图谱定性分析表明， ・1 （石 英） 、 ・ ・ 矿物 质 有 + .、 2 . 0 + , . 2 . , . / 0 0 0 0 （水化硅酸二钙， ） 、3 和5 等 （见 . + 1 . . 0 1 6 0 0 0 * 0 4 0 4 ・ 图0 ） ， 但经高温煅烧后， . 脱水变成 + , 7 0 1 + , . / 0 （ !） ， 且+ （见图 4 ） ， . 1 . 2 . * 3 / 0 0 相消失 0、 0 4和 当煅烧温度继续升高时， 出现 . 5 6 0 4 三相依然存在， （见图/ ） 。 了新相 + , . 在’ （图( ） 中， 常温至 / ) *图 # # $ 之间出现 4 ・ ・8 次吸 热 峰， 这与 + . 脱水变成 + , . 0 1 , . / 0 / 0 ［ ］ / 、 （ ） 和 （ ） 密切相关 。结合前 1 .+ , . + , . 0 / " / ! ・ 述的化学成分和 % . 是电解锰 0 1 & ’ 分析， + , . / 0 渣的主要矿物。 同时在图(中， 曲线再次出现吸 " 8 # $ 左右时， 热， 说明废渣中含碱化合物和硫酸盐等开始分解。 ! " # 胶凝性能 为考察电解锰渣的胶凝性能， 按水泥相应性能 标准测定方法分别对电解锰渣烘干料、 不同温度煅 烧料进行了标准稠度需水量、 凝结时间的测定； 同时 测试了各温度料掺 8 ・ # 9: . / 0 ; ! 水泥组成的混合 料的抗压强度， 其结果分别见图" 。 #图< 实验结果表明， 纯电解锰渣， 8 # ! $ 烘干料 / => 万方数据 未发生初凝， 几乎无水化活性和胶凝性， 其在含水状
( 实验材料与实验内容
! " ! 材料来源 实验材料来源于湖南天雄实业有限公司电解锰 厂排放的电解锰渣。 ! " # 实验材料的制备与处理 （ ）原渣： 未经任何处理的电解锰渣含水料。 (
表( 中， 密度为烘干料采用比重瓶按常规方法 测定， 湿渣紧堆密度为含水原渣在立升筒中振动后 的测定值， 干粉堆积密度为 ( " ) = 烘干料自然堆放
（ ）电解锰渣 # 含量占 % 折算 ( " $ " & % ! ’， ) # $ ! * ・ 为 ， 且根据其 曲线、 图谱 % + $ * , & * ’ . / 0 1 2 . % 和胶凝特性， 电解锰渣属工业副产品化学石膏。 （ ）未经煅烧处理的电解锰渣本身不具有水化 % 活性和胶凝性。 （ ）经高温煅烧的电解锰渣表现出较好的胶凝 ! 性能， 具有一定的机械强度， 可自身或与其他材料 （如石灰、 水泥等） 混合作为胶凝材料开发， 或类似石 膏制品的复合材料的开发， 且从技术经济角度考虑， 煅烧温度以3 , 4 5为最佳。当然开发时应考虑排放 气体的二次污染问题。