某电解锰渣免烧砖抗压和抗折强度研究

秦吉涛 王家伟 王海峰 赵平源

(1．贵州大学材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025；2．贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州 贵阳 550025)

电解锰渣是菱锰矿在硫酸浸出制备硫酸锰溶液过程中产生的酸浸废渣[1-3]。目前，每生产1 t金属锰会产生8～9 t锰渣。由于目前尚未有可工业化利用锰渣的技术，因而大量的电解锰渣只能暂时堆存。锰渣的大量堆积不仅造成资源的浪费，而且占用土地，污染环境，因此，国内外相关科研人员开展了大量的研究[4-10]。有研究者认为，将电解锰渣制成免烧砖[11-14]是实现锰渣资源化利用的有效手段。

免烧砖的抗压、抗折强度是砖的重要检测指标，反映了砖体的内部结构。在前期研究的基础上，拟开展电解锰渣免烧砖抗压和抗折强度的研究，为后续研究奠定基础。

1 试验原料

(1)试验所用电解锰渣为遵义天磁锰业集团有限公司的废渣，粒度为-80 μm占80%，其主要元素分析结果见表1，XRD图谱见图1。

表1 电解锰渣主要元素分析结果

图1 电解锰渣的XRD图谱

△—烧石膏CaSO4·0.5H2O；▽—石英SiO2；○—黄铁矿FeS2；◇—菱锰矿MnCO3；□—六水铵镁矾(NH4)2(Mg(H2O)6)(SO4)2；●—托胺云母NH4Al2AlSi3O10(OH)2

由图1可见，锰渣中主要含有烧石膏CaSO4·0.5H2O、石英SiO2、黄铁矿FeS2、菱锰矿MnCO3、六水铵镁矾(NH4)2(Mg(H2O)6)(SO4)2、托胺云母NH4Al2AlSi3O10(OH)2等。

(2)石灰为市售品。

(3)添加剂WJ为贵州大学材料与冶金学院相关研究团队研制的复合添加剂。

(4)水泥为市售品，为贵州乌江水泥厂出品的425普通硅酸盐水泥。

(5)骨料取自建筑工地，由砖块、水泥块和石块等各种建材废料混合而成，粒径为0.1～2 mm。

锰渣的浸出毒性测试表明，当石灰添加量为10%、WJ添加量为10%时，浸出液铵含量为8 mg/L左右，锰含量为0.3 mg/L左右，符合《GB8978—1996污水综合排放标准》中铵、锰浓度的排放要求，因此，锰渣可作为免烧砖的原料。

2 试验方法

将电解锰渣、水泥、骨料按照一定的比例混合均匀后加适量的水陈化1～2 d，使用尺寸79.0 mm×39.0 mm×40.0 mm的钢制模具在一定压力条件下压制成型，制得电解锰渣免烧砖，取出后自然养护，然后进行抗压、抗折强度测试。

3 试验结果与讨论

3.1 渣泥质量比对免烧砖强度的影响

试验固定骨料添加量为固体总质量的30%，水固质量比为0.3，成型压力为2 MPa，渣泥质量比对电解锰渣免烧砖抗压、抗折强度的影响见图2、图3。

图2 渣泥质量比对试块抗压强度的影响

图3 渣泥质量比对试块抗折强度的影响

从图2和图3可知，随着渣泥质量比的增大，试块的抗压、抗折强度均先上升，渣泥质量比达到5后再增大，则抗压、抗折强度均下降。渣泥质量比为5时，养护龄期无论是7 d还是28 d的免烧砖，其强度指标均符合JC422—91和JC239—91要求。

3.2 骨料掺入量对免烧砖强度的影响

试验固定渣泥质量比为5，水固质量比为0.3，成型压力为2 MPa，骨料掺量对电解锰渣免烧砖抗压、抗折强度的影响见图4、图5。

图4 骨料掺量对试块抗压强度的影响

图5 骨料掺量对试块抗折强度的影响

由图4和图5可知，随着骨料掺量的增大，试块的抗压、抗折强度均先增大后减小；骨料添加量为30%时，试块的强度达到最大值。骨料的掺量较低，试块的强度也较低，一方面是因为试块中缺少骨架，另一方面过多的胶凝材料的水化反应需要较多的水参与。骨料的掺量过多，试块的强度下降，主要是因为胶凝材料水化生成的胶结料不足以很好地将骨料胶结在一起，从而造成试块的密实度下降所致。因此，后续试验的骨料掺量确定为30%。

3.3 水固质量比对免烧砖强度的影响

试验固定渣泥质量比为5，骨料的掺量为30%，成型压力为2 MPa，水固质量比对电解锰渣免烧砖抗压、抗折强度影响见图6、图7。

图6 水固质量比对试块抗压强度的影响

图7 水固质量比对试块抗折强度的影响

由图6、图7可知，随着水固质量比的增大，试块的抗压、抗折强度先增大后减小，高点在水固质量比为0.30时。因此，确定后续试验的水固质量比为0.3。

3.4 成型圧力对免烧砖强度的影响

试验固定渣泥质量比为5，骨料添加量为30%，水固质量比为0.3，成型压力对电解锰渣免烧砖抗压、抗折强度的影响见图8、图9。

图8 成型压力对试块抗压强度的影响

图9 成型压力对试块抗折强度的影响

由图8和图9可知，成型压力从1.0 MPa提高至2.0 MPa，试块7 d和28 d的抗压、抗折强度都显著上升；继续提高成型压力，试块7 d和28 d的抗压、抗折强度上升幅度趋缓。因此，适宜的成型压力为2.0 MPa，对应的试块7 d的抗压、抗折强度分别达到10.63 MPa和2.21 MPa，28 d的抗压、抗折强度分别达到 14.89MPa和2.48 MPa，达到国家普通砖的强度标准。

4 结 论

(1)随着渣泥质量比的增大，试块的抗压、抗折强度均先上升后下降，高点在渣泥质量比为5时。

(2)随着骨料掺量的增大，试块的抗压、抗折强度均先增大后减小，高点在骨料添加量为30%时。

(3)随着水固质量比的增大，试块的抗压、抗折强度先增大后减小，高点在水固质量比为0.30时。

(4)成型压力从1.0 MPa提高至2.0 MPa，试块7 d和28 d的抗压、抗折强度都显著上升；继续提高成型压力，试块7 d和28 d的抗压、抗折强度上升幅度趋缓。

(5)渣泥质量比为5、骨料添加量为30%、水固质量比为0.3、成型压力为2 MPa时，电解锰渣免烧砖7 d的抗压、抗折强度分别达到10.63 MPa和2.21 MPa，28 d的抗压、抗折强度分别达到 14.89MPa和2.48 MPa，达到国家普通砖的强度标准。

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