建筑材料電解錳渣性能試驗(yàn)研究范文

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摘要:電解錳渣是由錳礦通過電解的形式產(chǎn)生的金屬M(fèi)n過程中剩余的廢渣，對(duì)于電解錳渣的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行分析可以為資源的利用與環(huán)境保護(hù)起到一定的促進(jìn)作用。通過相關(guān)方式對(duì)不同來源的電解錳渣基本性能的分析，了解其主要組成結(jié)晶的礦物質(zhì)為SiO2、CaSO4•2H2O、3Al2O3•2SiO2以及Fe2O3等物質(zhì)。在電解錳渣中有著較為顯著的是受熱脫水峰，但是峰值相對(duì)較小;同時(shí)也含有大量的大溶解度SO42－。同時(shí)研究結(jié)果也表明了，電解錳渣隸屬于硅酸鹽材料范疇之內(nèi)。主要對(duì)于可用于建筑材料的電解錳渣性能試驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞:建筑材料;電解錳渣;性能試驗(yàn)

電解錳渣含水量相對(duì)高，是一種黑色的固體廢棄物，在生活中對(duì)于周邊環(huán)境以及居民生活有著嚴(yán)重的影響。對(duì)此針對(duì)電解錳渣排放量較大的特征，將其用于建筑材料中，是一種資源再利用的有效方式之一。但是國內(nèi)外對(duì)于其研究相對(duì)較為匱乏，如何對(duì)電解錳渣的基本性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的分析，提高對(duì)其在建筑材料中的應(yīng)用是現(xiàn)階段的重點(diǎn)問題。

1電解錳渣的產(chǎn)生過程

氧化錳礦以及MnCO3是電解錳生產(chǎn)主要原材料，不同的錳礦來源，就有著不同的電解錳液制作程序。因?yàn)镸nCO3提取錳液的形式投入成本相對(duì)較低，在我國普遍應(yīng)用此種形式。可直接利用H2SO4與MnCO3的化合反應(yīng)得到MnSO4溶液，利用中和、凈化以及過濾等相關(guān)操作就會(huì)獲得電解液，再利用各種添加劑如SeO2以及Na2SO3等就可以在電解槽中進(jìn)行電解操作。氧化錳礦在產(chǎn)生電解Mn的過程中，因?yàn)槎趸疢n在一般狀況之下是不會(huì)與H2SO4發(fā)生反應(yīng)的，對(duì)此要通過相關(guān)處理，使其變?yōu)槎r(jià)Mn之后，再與H2SO4反應(yīng)進(jìn)而形成MnSO4溶液，一般的處理模式主要為焙燒法與兩礦法。下面主要基于MnCO3電解產(chǎn)生Mn的過程對(duì)其產(chǎn)生過程進(jìn)行分析:電解錳液的主要制取過程就是將錳礦中的錳轉(zhuǎn)換為錳離子，然后通過電解的形式獲得金屬錳的全過程。因?yàn)樵谔妓徨i礦中一般只含有20%的MnCO3，主要含有了大量的硅酸鹽礦物、氧化鋁礦物以及各種Fe、Ni與Co等相關(guān)成分，要想提高金屬M(fèi)n的純度，就要去除相關(guān)有害物質(zhì)，對(duì)此還有其他相關(guān)除雜工藝。

在錳液制取的過程中會(huì)有礦石浸出工序、除鐵工序、粗壓濾工序、硫化除雜以及精壓濾工序，在浸出的工序中，H2SO4會(huì)與錳礦中的Mn、Fe、Ni以及Co等相關(guān)金屬產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而會(huì)得到各種溶于水的金屬離子，相關(guān)亞鐵離子再通過加入MnO2氧化之后變?yōu)槿齼r(jià)鐵離子，然后在加入的氨中與生成的氫氧化三鐵產(chǎn)生沉淀效應(yīng)，通過粗過濾工序去掉相關(guān)沉淀，濾液中主要就包含了Mn2+、NH4+、SO42－及含量較少的Ni以及Co離子，在相關(guān)雜質(zhì)去除過程通過調(diào)整相關(guān)溶液的pH值以及為了減少過多的H2SO4，一般狀況之下要加入石灰石?；陔娊釳n液的整個(gè)生產(chǎn)過程分析，在相同的生產(chǎn)工藝狀況之下，電解錳渣可以分為粗壓以及精壓兩種形式，二者的組分有著一定的區(qū)別。我國對(duì)于電解錳渣的探究尚未完善，主要是研究電解錳渣作為水泥的緩凝劑等，在今后的發(fā)展過程中，要基于電解錳渣相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行電解錳渣應(yīng)用的探究。

2電解錳渣的基本性質(zhì)

電解錳渣主要呈現(xiàn)黑色的粉狀物的形式，在其直接排放過程中會(huì)產(chǎn)生較高的水分，如果在露天存儲(chǔ)過程中會(huì)因?yàn)橥饨缬晁刃问綄?dǎo)致其呈漿體狀。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過兩家不同的電解錳生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電解錳渣進(jìn)行分析，具體過程如下。

1)兩種不同的電解錳渣直接在廠家的渣場(chǎng)進(jìn)行取樣，其中一個(gè)為新排放的渣樣，另一個(gè)為30d左右的電解錳渣。

2)電解錳渣礦物組成。通過對(duì)兩組電解錳渣的X衍射圖譜進(jìn)行分析，了解到電解錳渣中的晶相物質(zhì)主要就是CaSO4•2H2O相以及SiO2相兩種物質(zhì)，兩種電解錳渣的對(duì)比表明，新排放的主要呈現(xiàn)為晶體組分，但是30d左右的錳渣中還含有一些非晶態(tài)礦物，也就是錳礦中自身含有的非晶態(tài)礦物，也就是說在電解錳的生產(chǎn)過程中是不會(huì)產(chǎn)生全新的非晶態(tài)礦物的。通過DSC分析結(jié)果可以了解，兩種電解錳渣中包含的石膏的分解有著一定的差異，第1種在102．64℃的時(shí)候，CaSO4•2H2O就會(huì)變?yōu)榘胨?在139．83℃的時(shí)候，就會(huì)變?yōu)镃aSO4。但是在第2種的電解錳渣中就無法辨別石膏分解峰。

3)電解錳渣化學(xué)組成。通過X射線衍射對(duì)其進(jìn)行分析得知，電解錳渣的主要成分為SiO2、石膏以及Fe2O3等相關(guān)礦物質(zhì)，對(duì)此可以通過參考水泥的化學(xué)分析方法開展分析，兩種不同的電解錳渣的主要化學(xué)成分主要含有氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵以及氧化硫等物質(zhì)。這與一般的硅酸鹽材料的化學(xué)組較為相符，但是因?yàn)殡娊忮i渣中的氧化硫含量比較高，其燒失量相對(duì)較高。氧化硫含量較高的原因主要是因?yàn)樵陔娊釳n的生產(chǎn)過程中會(huì)加入一定的H2SO4以及SO42－導(dǎo)致。兩種不同來源的電解錳渣中對(duì)于三氧化硫的含量存在一定差異。其中電解錳渣中20%的燒失量與電解錳渣中的CaSO4•2H2O脫水以及相關(guān)的SO42－與硫化物自身的分解因素有著直接的關(guān)系。

4)電解錳渣的物理性能。電解錳渣是一種相對(duì)較細(xì)的固體廢棄物，兩種不同來源的電解錳渣中粒徑80μm之下的含量相對(duì)較高，電解錳渣主要呈現(xiàn)酸性或者弱酸性?；陔娊忮i渣的建筑材料角度分析來說，電解錳渣在160℃下加熱2h，就可以對(duì)CaSO4•2H2O脫水中產(chǎn)生的自硬性進(jìn)行探究，通過實(shí)驗(yàn)分析，兩種不同來源的電解錳渣經(jīng)低溫煅燒之后都會(huì)出現(xiàn)顯著的自硬性特征。

3電解錳渣中硫的形態(tài)分析

根據(jù)電解錳液制備過程分析

可知，電解錳渣中含有大量的硫礦物質(zhì)，其中不同存在形態(tài)的硫?qū)τ陔娊忮i渣在整個(gè)建材行業(yè)中的應(yīng)用有著較大的影響。對(duì)此要加強(qiáng)對(duì)不同形態(tài)硫的重視。在現(xiàn)有的研究結(jié)果中表明，在電解錳渣中相關(guān)硫的利用過程中，要把全部的硫變換為石膏，在進(jìn)行配料的使用?；趯?duì)于電解錳生產(chǎn)工藝的系統(tǒng)分析，電解錳渣中所含硫的主要有石膏形態(tài)還有一部分基于易溶性SO42－形式存在的，其中一少部分主要是通過硫化物的形態(tài)存在的。在電解錳渣溶出SO42－的速度相對(duì)較快，但是在電解錳渣與水質(zhì)量比為0．20的時(shí)候，其5min內(nèi)的溶出量與24h之內(nèi)的溶出量較為近似，在灰水比不斷增加過程中，溶出的SO42－就會(huì)相對(duì)的有所降低。這也就意味著電解錳渣中的SO42－的溶出量并沒有依據(jù)比例遞增，也就是說SO42－中還有一定比例石膏，因?yàn)镃aSO4•2H2O在25℃的時(shí)候，其飽和溶解度為2．05g/L，也就意味著在電解錳渣中有著比例相對(duì)較高的非微溶性SO42－或者比石膏溶解度高的SO42－?；陔娊忮i渣中總硫以及SO42－溶出的相關(guān)測(cè)定結(jié)果就可以計(jì)算出第1種電解錳渣中的溶解度較大的非石膏種類SO42－占總SO42－含量的25%。

4電解錳渣可用于建筑材料的性能試驗(yàn)

通過以上實(shí)驗(yàn)分析，探究電解錳渣可用于建筑材料的性能試驗(yàn)研究結(jié)果如下。1)解錳渣主要組成部分為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣和三氧化硫等氧化物組成，電解錳渣主要是一種含有SO42－的硅鋁質(zhì)材料;主要的礦物組為SiO2、3Al2O3•2SiO2、Fe2O3以及CaSO4•2H2O等為主;其微觀結(jié)構(gòu)形式為針柱狀的CaSO4•2H2O晶體與其他相關(guān)物質(zhì)構(gòu)成的各種交織堆積結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)上較為疏松多孔。2)電解錳渣的熱分解特性中含有CaSO4•2H2O分解峰，但是因?yàn)闂l件不同的峰辨別程度有別，CaSO4•2H2O的含量有限。其中SO42－以Ca(SO4)•2H2O、(NH4)2SO4和MnSO4等多種不同形態(tài)共同存在，其中具有微溶性的CaSO4•2H2O占整體SO42－含量的60%～70%之間，是一種主要的存在形態(tài)。3)在純水及飽以及石灰水的狀態(tài)之下，電解錳渣中SO42－主要呈現(xiàn)早期速度快，后期逐漸緩慢的形式，其溶解量根據(jù)灰水比呈線性增長(zhǎng)。

電解錳渣中錳的總含量依據(jù)不同的流水處理時(shí)間有不同的狀況，其一周內(nèi)降低較為明顯，降低值約基于原狀的4．5%，主要表現(xiàn)為水溶性錳的流失。4)煅燒電解錳渣的主要礦物成分為CaSO4與SiO2。電解錳渣中SO42－熱分解主要是分階段開展的，在溫度升高過程中，不同形態(tài)的SO42－就會(huì)逐漸分解，溫度在800℃狀況之下，其CaSO4•2H2O因?yàn)榕c相關(guān)雜質(zhì)構(gòu)建為低熔化合物形式，表現(xiàn)出分解溫度低的階段性行為，在溫度為1000℃的時(shí)候，電解錳渣中80%的SO42－就會(huì)在5min之內(nèi)完全分解，隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)進(jìn)而逐漸分解完畢。5)在煅燒溫度的提高過程中，電解錳渣中SO42－會(huì)逐漸降低溶出量;同時(shí)在不同的煅燒時(shí)間內(nèi)電解錳渣中的SO42－的溶出量并不顯著，在預(yù)處理劑摻入量在7%的時(shí)候，當(dāng)煅燒溫度為200℃的時(shí)候，煅燒處理的電解錳渣的28d抗壓力的強(qiáng)度可以高達(dá)2．38MPa，與沒有摻入預(yù)處理劑的相關(guān)電解錳渣進(jìn)行對(duì)比分析，其化學(xué)活性明顯增強(qiáng)。通過以上研究表明電解錳渣在建筑材料有著一定的實(shí)踐意義，是一種資源利用的有效途徑與方式。

5結(jié)語

電解錳渣作為一種濕法生產(chǎn)金屬錳產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，國際領(lǐng)域?qū)ζ溲芯肯鄬?duì)較少，尚處于起步階段。電解錳渣排放量巨大，對(duì)環(huán)境以及生活帶來危害，基于環(huán)保的角度對(duì)其進(jìn)行分析，如何科學(xué)的提高電解錳渣資源利用是現(xiàn)階段的重點(diǎn)問題，電解錳渣用于建筑材料是一種較為科學(xué)的方式。

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作者：佘思；黃海燕；馬澤宇；楊立凡 單位：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)