錳渣的建材化利用

陳 晴

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

0 引言

作為常見的一種工業(yè)廢渣，如果對(duì)錳渣進(jìn)行隨意堆放，不僅會(huì)導(dǎo)致大量土地資源被占用、浪費(fèi)，同時(shí)由于錳渣中含有一定量的重金屬，也會(huì)對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞。而通過對(duì)錳渣進(jìn)行建材化利用，則可以在對(duì)錳渣廢棄物進(jìn)行有效處理的同時(shí)，為豐富和創(chuàng)新土木建筑工程材料提供新可能。因此研究錳渣的建材化利用具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電解錳渣與硅錳渣的簡(jiǎn)要概述

1.1 電解錳渣

電解錳渣是企業(yè)在運(yùn)用電解工藝生產(chǎn)制作各種錳產(chǎn)品時(shí)，所得到的渣狀固體廢棄物。例如國(guó)內(nèi)許多化工企業(yè)會(huì)采用電解的方式從含有碳酸錳的錳礦石中獲得錳，但由于電解錳渣為經(jīng)過反復(fù)壓濾后形成的廢渣，其顆粒較小，加之在大量除雜后錳渣中仍然含有鐵的氫氧化物膠體，受此影響使得難以完全壓濾殘留在電解錳渣當(dāng)中的水分，進(jìn)而導(dǎo)致電解錳渣通常具有較高的含水率[1]。此時(shí)電解錳渣中殘余的具有可溶性的重金屬離子將會(huì)經(jīng)由水循環(huán)進(jìn)入土壤中，進(jìn)而對(duì)周圍水土環(huán)境造成污染與破壞。

1.2 硅錳渣

硅錳渣是在生產(chǎn)硅錳合金時(shí)所產(chǎn)生的渣狀固體廢棄物，這主要是由于化工企業(yè)在冶煉硅錳合金的過程中，通常會(huì)選擇使用錳礦、硅石等作為原材料，在高溫冶煉后冷卻至室溫的爐渣將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣桢i渣。根據(jù)相關(guān)資料可知，硅錳渣的主要組分包括二氧化硅、氧化鈣等，從化學(xué)成分角度來看硅錳渣屬于一種酸性合金渣。而在顆粒狀的硅錳渣當(dāng)中，玻璃體是其最為主要的礦物成分，與其他普通金屬渣相比，硅錳渣的更容易研磨。并且在研磨之后塊狀硅錳渣的粒徑大多為2μm 到20μm 或100μm 到120μm 之間，因此使得硅錳渣可以同水泥進(jìn)行互補(bǔ)，這也為硅錳渣的建材化利用奠定了良好基礎(chǔ)。

2 錳渣的建材化利用方式分析

2.1 錳渣用于水泥生產(chǎn)

無論是硅錳渣還是電解錳渣均可以用于水泥生產(chǎn)中。一般在生產(chǎn)水泥時(shí)，會(huì)加入一定量的石膏，用以對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。有研究人員發(fā)現(xiàn)電解錳渣當(dāng)中含有一定量二水石膏，因此可將其作為一種水泥緩凝劑被用于水泥生產(chǎn)中。但值得注意的是，電解錳渣作為一種惰性硅鋁質(zhì)材料，其含有豐富的硫酸鹽和非活性二氧化硅，因此只將電解錳渣作為水泥緩凝劑難以取得理想的水泥緩凝效果。而存在于電解錳渣當(dāng)中的硫酸鹽形態(tài)主要呈現(xiàn)為二水石膏、硫酸銨與硫酸錳等，因此本文認(rèn)為，通過將適量的生石灰加入到電解錳渣當(dāng)中，將原本電解錳渣中其他各種形態(tài)的硫酸鹽統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成二水石膏，便可以有效發(fā)揮電解錳渣作為水泥緩凝劑的應(yīng)有效用[2]。另外，也有研究證明顆粒狀硅錳渣在用作堿激發(fā)凝膠材料方面也具有一定優(yōu)勢(shì)。雖然在短時(shí)間內(nèi)采用無水硫酸鈉激發(fā)膠凝材料難以獲得理想的強(qiáng)度效果，但當(dāng)時(shí)間超過28 天后，其強(qiáng)度將會(huì)明顯提升，因此通過摻入適量的無水硫酸鈉可以使得顆粒狀硅錳渣堿激發(fā)材料獲得良好的激發(fā)效果，進(jìn)而使得材料自身具有較高強(qiáng)度。通過將顆粒狀硅錳渣用作堿激發(fā)凝膠材料，不僅可以有效滿足水泥生產(chǎn)要求，同時(shí)在對(duì)此類建筑材料進(jìn)行合理使用下，也能夠在一定程度上改善水泥材料的性能，切實(shí)保障建筑工程的水泥材料質(zhì)量。

2.2 用作混凝土摻合料

在當(dāng)前的諸多建筑工程中均以混凝土作為一項(xiàng)基礎(chǔ)材料，而錳渣自身的理化特性也使其可以有效用作混凝土摻合料。將錳渣作為混凝土摻合料，有助于增強(qiáng)混凝土的性能，同時(shí)在對(duì)錳渣進(jìn)行建材化利用的過程中，也可以達(dá)到控制建筑材料成本，避免因隨意處置錳渣而對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成污染與破壞。例如有研究顯示，因硅錳渣當(dāng)中以玻璃體作為其主要礦物成分，通過使用合適的激發(fā)劑可以使得硅錳渣具有更高的活性，由此增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。如竇林瑞（2017）通過實(shí)驗(yàn)證明，在水泥漿中摻入40%硅錳渣，可以令混凝土獲得最為理想的使用性能。如果所使用的混凝土摻合料為顆粒狀硅錳渣，則其在水泥漿中的摻入量需要控制在30%[3]。在合理運(yùn)用硅錳渣作為混凝土摻合料并對(duì)其摻入量進(jìn)行嚴(yán)格控制下，可以有效提高混凝土的抗凍性并改善其干縮性能，有助于全面提升混凝土使用質(zhì)量，切實(shí)保障建筑工程施工質(zhì)量水平。

2.3 用于制備墻體材料

錳渣同樣還可運(yùn)用在墻體材料的制備中。本文通過查閱相關(guān)研究資料，了解到在嚴(yán)格按照規(guī)定要求對(duì)電解錳渣以及粉煤灰、頁(yè)巖進(jìn)行科學(xué)配比下，通過對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)，在經(jīng)過兩個(gè)小時(shí)的1000℃高溫?zé)Y(jié)下可以制造出具有較高使用性能的燒結(jié)磚，將其作為建筑工程的墻體材料可以在有效控制建筑施工墻體材料成本的同時(shí)，切實(shí)滿足工程對(duì)墻體材料的使用需求。不僅如此，也有研究人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在按照既定比例將電解錳渣與粉煤灰、水泥以及石灰進(jìn)行充分均勻混合后，將一定量的骨料摻入其中，對(duì)其進(jìn)行高壓成型所得到的電解錳渣磚，無需進(jìn)行燒結(jié)處理便可以獲得良好的使用性能。而在實(shí)際進(jìn)行建筑工程施工時(shí)，如果將其中至少1/2 的自然粗集料改為使用塊狀硅錳渣，同樣有助于提高混凝土的強(qiáng)度和耐磨損性，對(duì)于延長(zhǎng)建筑墻體材料的使用壽命具有積極作用。

2.4 制作微晶玻璃材料

在我國(guó)大力發(fā)展建筑行業(yè)的過程中，建筑玻璃幕墻施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，玻璃這一材料在建筑施工建設(shè)中的應(yīng)用范圍也逐漸拓廣，在合理使用玻璃這一建筑材料下，有助于增強(qiáng)建筑工程的美觀性，同時(shí)也有助于保障建筑工程的采光性，使得建筑可以更多地利用自然采光和自然通風(fēng)，以此有效降低整體建筑能耗，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的目標(biāo)。有研究顯示，錳渣可有效被用于制造微晶玻璃材料，例如在硅錳渣當(dāng)中，部分化學(xué)成分可有效促使微晶玻璃形成，可在一定程度上加快溶制速度，摻入適量硅錳渣制作而成的微晶玻璃材料，即保留了傳統(tǒng)玻璃的基本性能，同時(shí)還具備陶瓷性能，是一種較為理想的綜合性建筑玻璃材料。

3 結(jié)束語

總而言之，因受到錳渣自身特殊性和理化特性的影響，為錳渣運(yùn)用在建筑材料中提供了可能性。事實(shí)證明，錳渣可有效用于水泥生產(chǎn)，并作為混凝土摻合料，對(duì)制備墻體材料與微晶玻璃材料等也具有一定積極作用。通過將原本廢棄的錳渣作為一項(xiàng)資源進(jìn)行建材化利用，可以在有效解決錳渣處理問題的同時(shí)，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的情況，并促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。