电解锰渣制备陶瓷砖

　第29卷第1期 硅　酸　盐　通　报 Vol .29　No .1　2010年2月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY February,2010　

电解锰渣制备陶瓷砖

胡春燕,于宏兵

(南开大学环境科学与工程学院,天津　300047)

摘要:为减少电解锰渣对环境的污染,降低重金属锰的毒性,研究了以电解锰渣为主要原料制备陶瓷砖。首先利用

Ca O 2A l 2O 32Si O 2三元系统相图获得初始配方,然后用正交试验法确定最优配方。在最优配方中,电解锰渣的质量分

数高达40%。采用较低温度快速烧成工艺,烧成温度为1079℃,烧成时间为30m in 。制得的陶瓷砖“主晶相”为普通辉石与锰钙辉石,吸水率为1.86%,主要性能指标符合G B /T 410022006《陶瓷砖》中的B Ⅰb 类标准。实验结果显示,重金属锰出现在锰钙辉石的晶格中,成为其晶体结构的组成部分,完成了对锰的解毒。关键词:电解锰渣;陶瓷砖;正交试验;较低温度快速烧成中图分类号:T B321

文献标识码:A

文章编号:100121625(2010)0120112204

Prepara ti on of Ceram i c T iles Usi n g Electrolyti c M anganese Resi due

HU Chun 2yan,YU Hong 2bing

(College of Envir onmental Science and Engineering,Nankai University,Tianjin 300047,China )

Abstract:I n order t o reduce the polluti on of electr olytic manganese residue and the t oxicity of the heavy metal manganese,the p reparati on of cera m ic tiles was studied by using electr olytic manganese residue as the main ra w material .The basic f or mulas were obtained in ter m s of the Ca O 2A l 2O 32Si O 2ternary syste m phase diagra m ,and then they were op ti m ized thr ough the orthog onal design .I n the op ti m al for mula,the mass fracti on of electr olytic manganese residue reached 40%.The sa mp les with augite and j ohannsenite as their main crystal phases,whose water abs or p ti on was 1.86%,were p r oduced thr ough the l ower 2te mperature and quick 2sintering technol ogy:the te mperature was 1079℃,and the sintering ti m e was 30m inutes .The sa mp les’main technical perf or mance comp lied with the B Ⅰb standard of G B /T 410022006’C era m ic tiles’.Experi m ental results showed that the heavy metal manganese was in the j ohannsenite ’s crystal lattice and beca me a component of the j ohannsenite’s crystal structure .Therefore,less t oxicity of manganese will be released int o the envir on ment .

Key words:electr olytic manganese residue;cera m ic tiles;orthogonal test;l ower 2te mperature and quick 2sintering

作者简介:胡春燕(19842),女,硕士研究生.主要从事工业废渣资源化利用的研究.通讯作者:于宏兵.E 2mail:hongbingyu1130@sina .com

1　引　言

近年来,我国电解锰行业发展迅速,电解锰企业由2006年的170家增加到2009年的197家,年生产能力由118.17万吨提高到200万吨。电解锰行业的主要废渣2锰渣的处置问题也日益严峻。目前,国内多数电解锰企业锰渣的产生量高达其产品产量的5～6倍,且大部分锰渣露天堆放,不仅占用了大量的土地,而且

　第1期胡春燕等:电解锰渣制备陶瓷砖

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　对环境产生了严重危害。为此,国家不断加强对电解锰行业的专项执法检查和整治力度[1]

。

传统的电解锰渣资源化利用途径主要有两大类,一是将锰渣脱水后作为混凝土的原料,其掺量仅占混凝土总量的0.83%。此外,混凝土是通过水化反应形成的混合物,当其出现开裂等老化现象时,其中的骨料(包括锰渣)又将释放出来继续污染环境;二是用锰渣替代石膏作水泥缓凝剂,其最高掺量仅为5%[2]。

以上两种方式对锰渣的利用量都很小,不能从根本上解决其对环境的危害。鉴于此,本文提出以电解锰渣为主要原料制备陶瓷砖。该方法对锰渣利用量大,且不产生二次污染,是解决锰渣污染问题的新途径。

2　实　验

2.1　主要原料

实验以锰渣(来源于重庆某电解锰厂)、普通平板废玻璃和高岭土为主要原料,其粒径分别为:锰渣2150目;废玻璃2200目;高岭土21100目。其中,废玻璃主要提供Si O 2,并起降低烧成温度、促进烧结的作用;高岭土主要起黏结剂的作用。主要原料的化学组成见表1。

表1　主要原料的化学组成

Tab .1　Che m i ca l co m positi on of the ma i n raw ma ter i a ls

wt%

Loss

Si O 2A l 2O 3CaO Mg O MnO

S O 3

K 2O Na 2O W aste glass

2

65.69 3.347.15 4.86

2

2

0.83

18.13

Electr olytic manganese residue

5.75

32.1023.378.942

5.82

24.012

2

Kaolin

252.65

45.44

0.38

0.17

2

0.01

0.04

0.09

2.2　工艺流程及参数

图1　工艺流程图

Fig .1　Pr ocess fl ow diagra m

原料经造粒后,用20吨千斤顶及钢质模具压

制成型,成型湿坯尺寸为38mm ×20mm ×7mm ,含水率为10%～16%。再将其置于155～200℃的恒温干燥箱内,至绝干(含水率几乎为零)后放入硅钼棒高温箱式炉中,采用较低温度快速烧结工艺烧结。烧成温度为1079℃,烧成时间为30m in,烧成线收缩率为5%。工艺流程如图1。

3　结果与分析

3.1　确定配方

3.1.1　相图理论产生初始配方

原料的主要化学组成经换算后,标于Ca O 2A l 2O 32Si O 2三元系统相图中,顺次连接三个原料成分点得到原料成分区域。根据相图理论中的“杠杆原理”,经计算得到原料的质量百分数,即初始配方,见表2

[3]

。

表2　CaO 2A l 2O 32S i O 2三元系统相图理论下的初始配方

Tab .2　The ba si c for m ul a s ba sed on CaO 2A l 2O 32S i O 2ternary syste m pha se d i a gram

Glass

Electr olytic manganese residue

Kaolin 1#56%29%15%2#44%50%6%3#

31%

63%

6%

3.1.2　正交试验法确定最优配方

为得到性能优良的陶瓷砖,在获得初始配方后,将废玻璃、电解锰渣和高岭土作为因素,以陶瓷砖的吸水

率作为考核指标,选用L 9(34

)正交试验表,在相同的烧成温度和时间下,进行了9组实验,其结果见表3。