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(jié)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(chǎn)生的酸浸廢渣[1-3]。目前，每生產(chǎn)1 t金屬錳會產(chǎn)生8～9 t錳渣。由于目前尚未有可工業(yè)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(huán)境，因此，國內(nèi)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(xiàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(xù)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(yè)集團有限公司的廢渣，粒度為-80 μm占80%，其主要元素分析結(jié)果見表1，XRD圖譜見圖1。

表1 電解錳渣主要元素分析結(jié)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(yǎng)護，然后進行抗壓、抗折強度測試。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 渣泥質(zhì)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(zhì)量的30%，水固質(zhì)量比為0.3，成型壓力為2 MPa，渣泥質(zhì)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(zhì)量比對試塊抗壓強度的影響

圖3 渣泥質(zhì)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(zhì)量比的增大，試塊的抗壓、抗折強度均先上升，渣泥質(zhì)量比達到5后再增大，則抗壓、抗折強度均下降。渣泥質(zhì)量比為5時，養(yǎng)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(zhì)量比為5，水固質(zhì)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??；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(jié)料不足以很好地將骨料膠結(jié)在一起，從而造成試塊的密實度下降所致。因此，后續(xù)試驗的骨料摻量確定為30%。

3.3 水固質(zhì)量比對免燒磚強度的影響

試驗固定渣泥質(zhì)量比為5，骨料的摻量為30%，成型壓力為2 MPa，水固質(zhì)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(zhì)量比對試塊抗壓強度的影響

圖7 水固質(zhì)量比對試塊抗折強度的影響

由圖6、圖7可知，隨著水固質(zhì)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(zhì)量比為0.30時。因此，確定后續(xù)試驗的水固質(zhì)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(zhì)量比為5，骨料添加量為30%，水固質(zhì)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(xù)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(jié) 論

(1)隨著渣泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(xù)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(zhì)量比為5、骨料添加量為30%、水固質(zhì)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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