錳渣作水泥混合材的應(yīng)用研究

程淑君 陶宗碩 施學(xué)寶

（中國建材檢驗認證集團安徽有限公司，安徽 合肥 230051）

0 引言

我國電解錳產(chǎn)量占全球的98%以上，是世界電解錳生產(chǎn)、消費和出口大國[1，2]。2008-2018年，這十年我國平均每年約生產(chǎn)125萬噸電解錳渣。據(jù)統(tǒng)計，我國每生產(chǎn)1噸電解錳，伴隨著產(chǎn)生約9-11噸錳渣[3，4]，即我國每年會產(chǎn)生約1250萬噸錳渣。錳渣是碳酸錳礦石經(jīng)處理后的酸浸渣、硫化渣和陽極渣的混合體[5，6]。錳渣的露天堆積占用了我國大量的土地資源，錳渣中的重金屬隨雨水也對我國土壤及水資源造成了嚴重的污染。因此如何將錳渣變廢為寶、利用起來，對我國環(huán)境、國民經(jīng)濟有著重要的意義。本文對錳渣物理化學(xué)性能進行了分析，就其作為混合材應(yīng)用于水泥生產(chǎn)中進行了研究。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 錳渣

本研究所用到的錳渣為經(jīng)約1200℃煅燒處理后的錳渣，顏色為灰色，粒徑約小于15mm，多為粉料。表1為錳渣的物理性能分析結(jié)果。錳渣的含水率為0.2%，密度為3.1g/cm3。80μm標準篩篩余為5%，比表面積為400m2/kg。

表1 錳渣的物理性能

圖1為錳渣XRD分析結(jié)果，可見錳渣中含有的主要礦物為C3S、C2S、CaSO4和SiO2。

表2為原材料的化學(xué)分析測試結(jié)果?？梢婂i渣中主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO，其中Cl-含量為0.01%、K2O含量為0.23%、Na2O含量為0.11%，含量均較低。

圖1 錳渣XRD衍射結(jié)果

表2 錳渣化學(xué)成分分析結(jié)果

1.1.2 水泥熟料

本研究所用到的水泥熟料生產(chǎn)廠家為池州海螺水泥股份有限公司。

1.2 試驗方法

本研究所用到的試驗方法主要參考GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和GBT17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》。

2 結(jié)果與討論

2.1 錳渣重金屬浸出與放射性

表3為錳渣的重金屬浸出毒性試驗結(jié)果，其中0#為GB5085.3-2007中浸出毒性鑒別標準值?？梢婂i渣重金屬浸出毒性符合GB5085.3-2007《危險物鑒別標準 浸出毒性鑒別》的標準要求。

表3 重金屬浸出毒性測試結(jié)果

表4為錳渣的放射性測試結(jié)果，可以得出錳渣的內(nèi)照射指數(shù)為0.22，外照射指數(shù)為0.29?？梢婂i渣的放射性符合GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的規(guī)定。

表4 放射性指數(shù)及內(nèi)、外照射指數(shù)測試結(jié)果

①測定結(jié)果單位為Bq/kg，②相關(guān)標準要求小于1.0。

通過錳渣XRD、物理性能和化學(xué)成分分析得出錳渣中的主要礦物為C3S、C2S、CaSO4和SiO2，重金屬浸出毒性和放射性均滿足相關(guān)標準要求?？梢婂i渣中具有膠凝作用的C3S、C2S礦物。

2.2 錳渣對水泥基材料力學(xué)性能影響

表4為錳渣作水泥混合材的試驗方案及試驗結(jié)果。其中1#方案為對照試驗（5%石膏+95%熟料），2#、3#、4#和5#方案為錳渣作混合材用試驗方案，摻量分別為10%、20%、30%和40%，其中4#方案為錳渣活性測試方案。從表4中可以得出錳渣3d和28d強度活性指數(shù)分別為83%和95%，可見錳渣的活性指數(shù)滿足GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的粉煤灰活性指數(shù)要求，其標準中要求為28d活性指數(shù)不小于70%。

3 結(jié)語

表5 抗折、抗壓強度測試結(jié)果

根據(jù)錳渣化學(xué)分析結(jié)果、放射性測試結(jié)果、浸出毒性測試結(jié)果、活性指數(shù)測試結(jié)果，可以得出結(jié)論：錳渣可以作為混合材應(yīng)用于水泥生產(chǎn)中，當錳渣的細度（80μm標準篩篩余）為5%，比表面積為400m2/kg時，其28d活性指數(shù)滿足GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的粉煤灰活性指數(shù)要求。