某電解錳渣免燒磚抗壓和抗折強度研究

秦吉濤 王家偉 王海峰 趙平源

(1．貴州大學材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025；2．貴州省冶金工程與過程節能重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

電解錳渣是菱錳礦在硫酸浸出制備硫酸錳溶液過程中產生的酸浸廢渣[1-3]。目前，每生產1 t金屬錳會產生8～9 t錳渣。由于目前尚未有可工業化利用錳渣的技術，因而大量的電解錳渣只能暫時堆存。錳渣的大量堆積不僅造成資源的浪費，而且占用土地，污染環境，因此，國內外相關科研人員開展了大量的研究[4-10]。有研究者認為，將電解錳渣制成免燒磚[11-14]是實現錳渣資源化利用的有效手段。

免燒磚的抗壓、抗折強度是磚的重要檢測指標，反映了磚體的內部結構。在前期研究的基礎上，擬開展電解錳渣免燒磚抗壓和抗折強度的研究，為后續研究奠定基礎。

1 試驗原料

(1)試驗所用電解錳渣為遵義天磁錳業集團有限公司的廢渣，粒度為-80 μm占80%，其主要元素分析結果見表1，XRD圖譜見圖1。

表1 電解錳渣主要元素分析結果

圖1 電解錳渣的XRD圖譜

△—燒石膏CaSO4·0.5H2O；▽—石英SiO2；○—黃鐵礦FeS2；◇—菱錳礦MnCO3；□—六水銨鎂礬(NH4)2(Mg(H2O)6)(SO4)2；●—托胺云母NH4Al2AlSi3O10(OH)2

由圖1可見，錳渣中主要含有燒石膏CaSO4·0.5H2O、石英SiO2、黃鐵礦FeS2、菱錳礦MnCO3、六水銨鎂礬(NH4)2(Mg(H2O)6)(SO4)2、托胺云母NH4Al2AlSi3O10(OH)2等。

(2)石灰為市售品。

(3)添加劑WJ為貴州大學材料與冶金學院相關研究團隊研制的復合添加劑。

(4)水泥為市售品，為貴州烏江水泥廠出品的425普通硅酸鹽水泥。

(5)骨料取自建筑工地，由磚塊、水泥塊和石塊等各種建材廢料混合而成，粒徑為0.1～2 mm。

錳渣的浸出毒性測試表明，當石灰添加量為10%、WJ添加量為10%時，浸出液銨含量為8 mg/L左右，錳含量為0.3 mg/L左右，符合《GB8978—1996污水綜合排放標準》中銨、錳濃度的排放要求，因此，錳渣可作為免燒磚的原料。

2 試驗方法

將電解錳渣、水泥、骨料按照一定的比例混合均勻后加適量的水陳化1～2 d，使用尺寸79.0 mm×39.0 mm×40.0 mm的鋼制模具在一定壓力條件下壓制成型，制得電解錳渣免燒磚，取出后自然養護，然后進行抗壓、抗折強度測試。

3 試驗結果與討論

3.1 渣泥質量比對免燒磚強度的影響

試驗固定骨料添加量為固體總質量的30%，水固質量比為0.3，成型壓力為2 MPa，渣泥質量比對電解錳渣免燒磚抗壓、抗折強度的影響見圖2、圖3。

圖2 渣泥質量比對試塊抗壓強度的影響

圖3 渣泥質量比對試塊抗折強度的影響

從圖2和圖3可知，隨著渣泥質量比的增大，試塊的抗壓、抗折強度均先上升，渣泥質量比達到5后再增大，則抗壓、抗折強度均下降。渣泥質量比為5時，養護齡期無論是7 d還是28 d的免燒磚，其強度指標均符合JC422—91和JC239—91要求。

3.2 骨料摻入量對免燒磚強度的影響

試驗固定渣泥質量比為5，水固質量比為0.3，成型壓力為2 MPa，骨料摻量對電解錳渣免燒磚抗壓、抗折強度的影響見圖4、圖5。

圖4 骨料摻量對試塊抗壓強度的影響

圖5 骨料摻量對試塊抗折強度的影響

由圖4和圖5可知，隨著骨料摻量的增大，試塊的抗壓、抗折強度均先增大后減小；骨料添加量為30%時，試塊的強度達到最大值。骨料的摻量較低，試塊的強度也較低，一方面是因為試塊中缺少骨架，另一方面過多的膠凝材料的水化反應需要較多的水參與。骨料的摻量過多，試塊的強度下降，主要是因為膠凝材料水化生成的膠結料不足以很好地將骨料膠結在一起，從而造成試塊的密實度下降所致。因此，后續試驗的骨料摻量確定為30%。

3.3 水固質量比對免燒磚強度的影響

試驗固定渣泥質量比為5，骨料的摻量為30%，成型壓力為2 MPa，水固質量比對電解錳渣免燒磚抗壓、抗折強度影響見圖6、圖7。

圖6 水固質量比對試塊抗壓強度的影響

圖7 水固質量比對試塊抗折強度的影響

由圖6、圖7可知，隨著水固質量比的增大，試塊的抗壓、抗折強度先增大后減小，高點在水固質量比為0.30時。因此，確定后續試驗的水固質量比為0.3。

3.4 成型圧力對免燒磚強度的影響

試驗固定渣泥質量比為5，骨料添加量為30%，水固質量比為0.3，成型壓力對電解錳渣免燒磚抗壓、抗折強度的影響見圖8、圖9。

圖8 成型壓力對試塊抗壓強度的影響

圖9 成型壓力對試塊抗折強度的影響

由圖8和圖9可知，成型壓力從1.0 MPa提高至2.0 MPa，試塊7 d和28 d的抗壓、抗折強度都顯著上升；繼續提高成型壓力，試塊7 d和28 d的抗壓、抗折強度上升幅度趨緩。因此，適宜的成型壓力為2.0 MPa，對應的試塊7 d的抗壓、抗折強度分別達到10.63 MPa和2.21 MPa，28 d的抗壓、抗折強度分別達到 14.89MPa和2.48 MPa，達到國家普通磚的強度標準。

4 結 論

(1)隨著渣泥質量比的增大，試塊的抗壓、抗折強度均先上升后下降，高點在渣泥質量比為5時。

(2)隨著骨料摻量的增大，試塊的抗壓、抗折強度均先增大后減小，高點在骨料添加量為30%時。

(3)隨著水固質量比的增大，試塊的抗壓、抗折強度先增大后減小，高點在水固質量比為0.30時。

(4)成型壓力從1.0 MPa提高至2.0 MPa，試塊7 d和28 d的抗壓、抗折強度都顯著上升；繼續提高成型壓力，試塊7 d和28 d的抗壓、抗折強度上升幅度趨緩。

(5)渣泥質量比為5、骨料添加量為30%、水固質量比為0.3、成型壓力為2 MPa時，電解錳渣免燒磚7 d的抗壓、抗折強度分別達到10.63 MPa和2.21 MPa，28 d的抗壓、抗折強度分別達到 14.89MPa和2.48 MPa，達到國家普通磚的強度標準。

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