電解二氧化錳（EMD）工業(yè)礦渣的地聚物活性研究

周樹(shù)年　黃連金　王強(qiáng)

【摘 要】以煅燒法處理電解二氧化錳（EMD）工業(yè)礦渣原料，用工業(yè)水玻璃對(duì)其進(jìn)行堿激發(fā)反應(yīng)制備地聚物礦物膠凝材料。以抗壓強(qiáng)度為性能指標(biāo)，單因素實(shí)驗(yàn)考察了錳礦渣的煅燒溫度、水玻璃模數(shù)、液固比等條件對(duì)錳礦渣的堿激發(fā)反應(yīng)活性的影響。

【關(guān)鍵詞】錳礦渣；煅燒；水玻璃；激發(fā)；抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào)： X757；TU522.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0038-002

Study on Geopolymer Activity of Electrolytic Manganese Dioxide （EMD） Industrial Slag

ZHOU Shu-nian HUANG Lian-jin WANG Qiang

（Guangxi Normal University for Nationalities，Chongzuo Guangxi 532200，China）

【Abstract】The raw materials of electrolyzed manganese dioxide（EMD） industrial slag were treated by the calcination method，and alkali cementation reaction was conducted with industrial water glass to prepare geopolymeric mineral cementitious materials.Taking the compressive strength as the performance index，the single factor experiment investigated the influence of the calcination temperature of manganese slag，the modulus of the water glass， and the liquid-solid ratio on the alkali-activated reactivity of manganese slag.

【Key words】Manganese slag；Calcination；Water glass；Excitation；Compressive strength

礦渣的綜合利用是冶金工業(yè)共同面對(duì)的長(zhǎng)期難題，錳礦加工工業(yè)中產(chǎn)生的廢棄渣含一定量的Al2O3、SiO2，經(jīng)適當(dāng)處理后可作為制備地聚物材料的前驅(qū)體原料，近年已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行探索。如Wang Yong 等[1]將生石灰、石膏、水泥、錳尾礦渣和鋁粉按配比混合，制成了一種性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的混凝土；Hu Chunyan 等[2]用錳尾礦渣代替部分粘土并配以廢玻璃和高嶺土制成陶瓷磚。本文以廣西崇左市康密勞錳礦加工企業(yè)封存的原礦渣為原料，在不做摻入處理的情況下對(duì)其地聚物活性進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

錳礦渣：取自廣西崇左市廣西埃赫曼康密勞化工有限公司儲(chǔ)存的桶裝原渣（主要生產(chǎn)電解二氧化錳和其他錳化工產(chǎn)品），600或700℃煅燒2h[3]，粉碎備用；液態(tài)工業(yè)水玻璃：購(gòu)自廣西崇左市化工產(chǎn)品店，南寧化工股份有限公司生產(chǎn)，模數(shù)為3.1，Na2O含量為9.2%、SiO2含量為28.6%；氫氧化鈉（A.R）：成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)，用于調(diào)低水玻璃模數(shù)；去離子水：取自實(shí)驗(yàn)室。

馬弗爐：101BS-2型，上海雙彪儀器設(shè)備有限公司；電子天平：BS-210g型，上海友聲衡器有限公司；電液式（數(shù)顯）萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)： WES-300D型，濟(jì)南品德試驗(yàn)機(jī)有限公司；快速六聯(lián)試模：20mm×20mm×20mm方格，上海雷韻試驗(yàn)儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

用氫氧化鈉將水玻璃模數(shù)調(diào)低為1.5，按固液比準(zhǔn)確稱取定量煅燒錳礦渣和調(diào)好模數(shù)的水玻璃，混合均勻（酌情加入適量去離子水），調(diào)制成具有低流動(dòng)性的漿料，快速裝入六聯(lián)試模的方格（涂一層凡士林）中并抹平、加蓋，在室溫下放置3天后脫模養(yǎng)護(hù)至7d或14d，即得地聚物材料試驗(yàn)方塊，用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 堿激發(fā)活性

煅燒后的粉體經(jīng)堿激發(fā)后，測(cè)得7 d齡期試塊最大抗壓強(qiáng)度為17.2 MPa，14 d齡期試塊最大抗壓強(qiáng)度為22.8 MPa。較優(yōu)的制備條件為：礦渣600℃煅燒，水玻璃模數(shù)為1.5，液固比為1/3。由此可見(jiàn)，礦渣粉體經(jīng)堿激發(fā)后具有較高的強(qiáng)度，即具有堿激活地聚物反應(yīng)活性。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）固液比和試塊養(yǎng)護(hù)齡期的影響

由圖1可知：經(jīng)600℃煅燒處理的礦渣以液固比為1/3制備出的不同齡期試塊的抗壓強(qiáng)度最高，7d齡和14日齡抗壓強(qiáng)度分別為17.2MPa和22.8MPa，且具有較大幅度的隨齡期增加而增大的趨勢(shì)。

由圖2可知：經(jīng)700℃煅燒處理的礦渣以液固比為1/2制備出的不同齡期試塊的抗壓強(qiáng)度最高，7d 齡和14日齡抗壓強(qiáng)度分別為11.8 MPa和17.4 MPa，同樣也有大幅度的隨齡期增加而增大的趨勢(shì)。

對(duì)比圖1和圖2可知：抗壓強(qiáng)度的對(duì)比和固液比的變化說(shuō)明了600℃煅燒的粉體活性大于700℃煅燒的粉體。

（2）水玻璃模數(shù)的影響

由圖3可知：無(wú)論是經(jīng)600℃還是700煅燒處理的礦渣，在0.5-1.5模數(shù)范圍內(nèi)不同模數(shù)水玻璃激發(fā)制備出的試塊的抗壓強(qiáng)度均有隨模數(shù)增加而上升趨勢(shì)。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明以煅燒法處理的EMD工業(yè)礦渣粉體為原料，以工業(yè)水玻璃激發(fā)時(shí)具有地聚物反應(yīng)活性特征；制備的材料具有一定抗壓強(qiáng)度，600℃煅燒粉體的活性高于700℃煅燒。由于抗壓強(qiáng)度不高，預(yù)計(jì)適當(dāng)提高強(qiáng)度后作為非承重性材料用途的可能性較大。建議：（1）對(duì)原料作針對(duì)性的成分摻雜處理，提高堿激發(fā)反應(yīng)活性；（2）嘗試用鹽類、酸類物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行激發(fā)反應(yīng)；（3）探索其作為制備多孔材料原料的可行性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Wang Yong，Ye Wenhao，Wan Jun，et al.Method for manufacturing aerated concrete from electrolysis manganese slag[P].中國(guó)專利： 101698586，2010-04-28.

[2]Chun-Yan H U，Hong-Bing Y U. Preparation of Ceramic Tiles Using Electrolytic Manganese Residue[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2010.

[3]鄭廣儉，崔學(xué)民，張偉鵬，等.溶膠-凝膠法制備具有堿激發(fā)活性的無(wú)定形Al2O3-2SiO2粉體[J].稀有金屬材料與工程，2007（36）：137-139.