對廣西水淬錳渣資源化利用制備保溫墻材的探討*

唐小春，吳飚

（廣西魚峰集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545026）

0 引言

我國建筑產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，近些年來發(fā)展迅猛。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的建設(shè)速度加快，人們的生活水平也在不斷提高，居住條件改善的同時也帶來了越來越多的問題：不可再生資源被過度消耗、建設(shè)過程造成大氣污染和粉塵污染、生態(tài)環(huán)境加速惡化等，已對社會的可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人類生存環(huán)境安全構(gòu)成了很大的威脅。針對這些問題，我們國家提出要發(fā)展新型綠色建筑材料，并對綠色建材提出了“節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、優(yōu)化功能、低消耗、無污染無毒害、多功能高性能、可循環(huán)使用”等標(biāo)準(zhǔn)和要求。

水淬錳渣是硅錳合金、錳鐵合金在高爐冶煉過程中，將高溫爐渣采用水淬急冷工藝形成的。廣西壯族自治區(qū)錳礦儲量居全國第一，錳礦儲量達(dá) 2.6 億噸。廣西壯族自治區(qū)錳礦主要集中在靖西、大新、天等三縣，總儲存量占廣西區(qū)總儲存量的 84.7%。廣西壯族自治區(qū)已形成以桂林市、來賓市為中心的錳鐵、硅錳合金等錳產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)基地，以崇左為中心的電解錳、錳礦深加工等生產(chǎn)基地。但目前大量的水淬錳渣和電解錳渣沒有得到大規(guī)模的、及時有效的處理，已成為影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境治理和企業(yè)正常運轉(zhuǎn)的首要問題，錳渣堆存過程大面積占用土地，同時又污染生態(tài)環(huán)境[1]。

1 國內(nèi)外的保溫墻材發(fā)展

新型墻體材料有很多不同品種，國內(nèi)常見的包括：燒結(jié)頁巖磚、燒結(jié)空心磚、粉煤灰磚、灰砂磚、普通混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、陶粒混凝土砌塊、GRC空心輕質(zhì)隔墻條板等。從數(shù)量上看，目前我國墻體材料總體生產(chǎn)量達(dá) 8000 億塊，其中采用多種爐渣、廢渣、粉煤灰等作為原料每年生產(chǎn)燒結(jié)磚總量約 1300 億塊，約占建筑墻體總用磚量的 16.25%；頁巖燒結(jié)磚的年產(chǎn)量達(dá) 400 多億塊，占墻體總用磚量的 5%；建筑砌塊占 4.06%，輕質(zhì)板材占 2% 左右；采用蒸壓工藝生產(chǎn)的灰砂磚年生產(chǎn)量達(dá) 70 多億塊，占墻體總用磚量的0.88%。加氣混凝土砌塊作為新型墻材正逐漸取代傳統(tǒng)墻體磚材料，但目前全國新型墻體材料年生產(chǎn)量仍只占墻體材料年總產(chǎn)量的 39.26%，可見目前傳統(tǒng)墻體材料仍占主導(dǎo)地位，而新型墻材比重仍然較低。

國外新型墻體材料發(fā)展較早，目前主要采用紙面石膏板、混凝土砌塊、復(fù)合輕質(zhì)板、加氣混凝土等作為墻體材料，生產(chǎn)和應(yīng)用中新型墻體材料的使用量占墻體材料總量的 80%～90%，近年來新建設(shè)的住宅高效保溫墻體材料的使用率幾乎達(dá)到 80%～100%[2]，新型墻體材料正在向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。

經(jīng)過三十年的不斷努力，我國保溫墻體材料工業(yè)也發(fā)生了巨大變化，很多產(chǎn)品經(jīng)歷了從無到有、從單一到多樣化的階段，質(zhì)量也不斷提升，已形成硅酸鈣絕熱制品、泡沫塑料、礦物棉、膨脹珍珠巖、耐火纖維、玻璃棉等多種品種的新型墻體材料產(chǎn)業(yè)，制備技術(shù)和生產(chǎn)線設(shè)備水平也有很大提高，部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平。但由于我國保溫墻體材料工業(yè)起步晚，整體裝備水平和技術(shù)水平仍不高，在建筑墻體等領(lǐng)域的制備技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)仍需要進(jìn)一步完善，這也在很大程度上限制了保溫墻體材料的大規(guī)模應(yīng)用與推廣。近年來，保溫墻體材料生產(chǎn)線重復(fù)建設(shè)問題嚴(yán)重，而在終端應(yīng)用領(lǐng)域的拓展上卻投入不多，造成了投資浪費、效率不高、供大于求的現(xiàn)狀。

國內(nèi)針對工業(yè)固廢制備保溫墻體材料開展了大量研究工作，也取得了一定的成效。王雪[3]等人利用普通硅酸鹽水泥和廢磚粉為主要原料，采用發(fā)泡劑發(fā)泡，配以廢泡沫塑料以及混凝土外加劑，在常溫、常壓條件下成功制備出新型輕質(zhì)保溫墻體材料，達(dá)到了廢物資源化利用、節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的目的。汪博[4]等人采用工業(yè)廢渣制備了混凝土多孔磚，并系統(tǒng)研究了其干燥收縮特性，研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)格控制混凝土多孔磚砌筑時的上墻含水率，對控制墻體干縮引起的開裂生成和裂縫發(fā)展都有很好的效果。謝堯生[5]等采用工業(yè)固體廢棄物制備出空心輕質(zhì)的粉煤灰加氣混凝土砌塊，并用于墻體外砌起保溫作用，用粉煤灰制備加氣混凝土房屋面板，不僅能充分利用工業(yè)固廢，節(jié)能效益也十分明顯。譚克鋒[6]等研究了激發(fā)劑激發(fā)鈦礦渣制備實心砌塊和空心砌塊試驗，研究發(fā)現(xiàn)添加石灰、煅燒石膏、粉煤灰對鈦礦渣的激發(fā)效果最好，通過激發(fā)可以得到強度達(dá)到 MU10 的實心砌塊和空心率為 50%、強度達(dá) MU10 以上的混凝土空心砌塊。毛宇暉[7]等人采用廢棄花崗巖材料制備建筑空心砌塊，通過配方優(yōu)化制備得到了抗壓強度達(dá)到 16.6MPa的空心砌塊。

2 水淬錳渣在墻材中的研究與應(yīng)用

迄今為止，水淬錳渣主要用于建筑材料行業(yè)，比如用作制備水泥的混合材以及配制混凝土的摻合料。但是由于錳渣所含 MnO 成分較高，且礦物組成中低活性的礦物成分含量高，從而影響了錳渣的使用量，目前在水泥和混凝土中的使用量均不超過水泥質(zhì)量的 20%。且利用過程中首先要經(jīng)過烘干處理，再經(jīng)過粉磨制備需要消耗大量能耗，大量錳渣仍未得到充分利用。

目前，已有將水淬錳渣用于新型墻體材料的相關(guān)研究和應(yīng)用。例如江西新余鋼鐵廠[8]用高爐瓦斯灰和錳渣復(fù)合制備免燒灰渣磚，制備后采用常溫養(yǎng)護(hù) 7d 后，測試其抗壓強度普遍在 6.7～9.3MPa，7d 抗折強度普遍在 1.7～2.4MPa，常溫養(yǎng)護(hù) 28d 后其抗壓強度可達(dá)13MPa，抗折強度可達(dá) 3.9MPa。任素梅[9]等以經(jīng)過預(yù)處理的錳渣為主要原料替代煤渣，與水泥、半水石膏和增強劑一起，使用簡單工藝制備得到小型空心砌塊。配方中錳渣占 80%，所得制品的強度等級可達(dá) 5.0，平均導(dǎo)熱系數(shù) 0.42，其他耐久性指標(biāo)和相關(guān)性能也都達(dá)到要求。陳平[10]等人采用普通加氣混凝土工業(yè)化制備工藝，研究了采用水淬錳渣作輕質(zhì)集料和錳渣微粉作活性摻合料制備加氣混凝土的可行性，系統(tǒng)研究了所制備的加氣混凝土的力學(xué)性能和收縮性能。同時開展了水淬錳渣在加氣混凝土中的應(yīng)用研究，最終成功制備出抗壓強度達(dá) 3.73MPa、密度僅為 606kg/m3的加氣混凝土，各方面性能均達(dá)到了 A3.5、B06 級加氣混凝土的要求[11]。

可以看到，盡管任素梅等人的工作已經(jīng)取得了一定的成果，為錳渣做保溫材料做了大量基礎(chǔ)工作，但其局限性顯而易見，由于使用未經(jīng)烘干的錳渣，其制品保溫性能有限。文獻(xiàn)記載[2]，當(dāng)空隙內(nèi)是水而不是空氣時，其導(dǎo)熱系數(shù)會擴(kuò)大 25 倍，它甚至不能稱作真正的絕熱保溫材料，這在一定程度上限制了其作為保溫墻體材料的應(yīng)用。

3 水淬錳渣做新型墻材的可行性

3.1 政府支持

近五年來，全區(qū)共關(guān)停淘汰落后產(chǎn)能約 1000 家，培育先進(jìn)燒結(jié)隧道窯生產(chǎn)工藝超過 600 家，建成裝配式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地 4 個，全區(qū)正在逐漸淘汰并關(guān)停落后的磚瓦產(chǎn)能，加快推進(jìn)新型墻體材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。目前以燒結(jié)多孔磚為主要產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，明顯不能適應(yīng)墻材革新的需要和生態(tài)文明建設(shè)的需要。尤其是滿足不了中共中央、國務(wù)院提出的“到 2020 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放強度比 2005 年下降 40%～45%”整體目標(biāo)的要求。應(yīng)加快發(fā)展綠色保溫砌塊產(chǎn)業(yè)，以技術(shù)引領(lǐng)和推動墻體材料改革和產(chǎn)業(yè)化升級轉(zhuǎn)型，形成新型固廢基綠色保溫墻材產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展的新格局，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式的綠色化發(fā)展。目前，廣西建設(shè)廳根據(jù)我區(qū)墻材行業(yè)結(jié)合自身情況，重點研究、發(fā)展以下幾類產(chǎn)品：

（1）混凝土小型空心砌塊類制品，如普通混凝土小型砌塊、混凝土多孔磚、輕集料混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、陶?；炷疗鰤K、復(fù)合混凝土砌塊（具保溫隔熱輕質(zhì)等特點）等。

（2）利廢新型燒結(jié)制品。從節(jié)能、利廢、環(huán)保出發(fā)，積極發(fā)展利用頁巖以及煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等廢料為主要原料的非粘土燒結(jié)多孔磚和燒結(jié)砌塊。

（3）輕質(zhì)隔墻板。根據(jù)廣西地域、原料資源和市場需求，發(fā)展節(jié)能型輕質(zhì)內(nèi)隔墻板、外隔墻板和復(fù)合墻板及新型墻材節(jié)能建筑墻材。

3.2 技術(shù)可行

水淬錳渣的顯微分析證實，由于其特殊的處理冷卻過程，錳渣具有獨特的蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)特征，這為錳渣用作保溫隔熱材料、吸聲消音材料和吸附材料奠定了良好基礎(chǔ)[12]。大量研究表明水淬錳渣做集料替代常規(guī)集料可制備強度合格的輕質(zhì)保溫砌塊，還具有粘結(jié)強度高、容重低的特點。目前，水淬錳渣做保溫磚的主要問題是空隙含水影響保溫，只要采用合理的脫水工藝去除錳渣空隙內(nèi)的水分，然后通過封閉技術(shù)和水泥膠接技術(shù)把蜂窩狀水淬錳渣顆粒聯(lián)通起來，即可形成一種類似于輕質(zhì)、多孔的泡沫結(jié)構(gòu)的無機保溫材料，再經(jīng)過合適的壓制成型工藝，可做成新型墻體保溫砌塊或墻板。

4 總結(jié)

水淬錳渣制備輕質(zhì)多孔保溫墻體材料將大量利用廢棄錳渣，不僅可以實現(xiàn)錳渣的更高附加值利用，保障廣西優(yōu)勢資源——有色冶金行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，避免由錳渣野外堆填造成的環(huán)境和社會問題。此外，錳渣做保溫材料符合當(dāng)前國家、自治區(qū)推進(jìn)墻材革新和推廣節(jié)能建筑的大趨勢。因此，錳渣做保溫墻材不僅具有非常重要的現(xiàn)實意義，而且也必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。