電解錳渣在多孔陶瓷制備應(yīng)用中的研究現(xiàn)狀與展望

羅 飛 李干蓉 金寧通 唐文玲 楊 李

(銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 銅仁 554300)

電解錳由于技術(shù)的不發(fā)達(dá)，產(chǎn)生的廢料比較多。在工業(yè)電解錳的過程中，基本每生產(chǎn)1t錳，就會至少產(chǎn)生6t的廢料。因?yàn)槭Ｓ鄰U料中錳的含量比較少，所以工廠基本選擇填埋的方法處理[1]，埋入地下的電解錳渣被雨水浸透后，浸出液會對土地以及附近水源產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。如何對此問題進(jìn)行處理，已經(jīng)成為一個(gè)世界性的難題。

輕質(zhì)多孔陶瓷塊的孔主要有兩種：通孔與閉孔。閉孔的輕質(zhì)多孔陶瓷主要應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域，閉孔陶瓷具有隔音與保溫的效果[2]。對于閉孔的形成主要有兩種：首先是使用造孔劑在低溫下形成；其次就是高溫造孔劑，隨著氣溫降低而形成的孔洞。本文將對于第二種制備方法展開詳細(xì)介紹，將電解錳渣大量應(yīng)用其中，解決污染問題。

1 電解錳渣的優(yōu)點(diǎn)與危害

我國是世界上最大的電解錳生產(chǎn)國與消費(fèi)國，同時(shí)我國的錳礦資源比較豐富，以菱錳礦為主，生產(chǎn)錳的方式主要是電解硫酸法。就是將錳礦與硫酸溶液混合，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，最終制得電解錳[3]。其中包括對硫酸溶液進(jìn)行氧化、中和、凈化、過濾、電解等工藝得到錳以及電解錳渣。錳在我國應(yīng)用范圍廣泛，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對于錳的需求不斷增加，從而對于錳礦的需求量上升，電解錳渣等工業(yè)廢料量也隨之增加。目前我國直接將這些廢料堆放在堆場，一方面工業(yè)廢料中的可用物質(zhì)直接浪費(fèi)，也相當(dāng)于浪費(fèi)了一部分工業(yè)原料。因?yàn)槿院绣i、可溶性鹽和其他的固態(tài)成分。另一方面在占用了土地資源的同時(shí)嚴(yán)重污染了土地與水資源。在面臨電解錳渣環(huán)境污染這個(gè)老大難的問題時(shí)，我國學(xué)者通過一系列的實(shí)驗(yàn)在多孔陶瓷制備領(lǐng)域取得了較為滿意的成果，降低了以往制作多孔陶瓷的成本，并且通過對比以往的多孔陶瓷，用電解錳渣為原料制備的多孔陶瓷優(yōu)勢更加明顯。

2 “變廢為寶”的實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀分析

2.1 電解錳渣作為多孔陶瓷制作原料的屬性分析

電解錳渣中的錳渣大部分分為氧化錳渣和碳酸錳渣，其中除了含錳之外，也含有其他可利用的化學(xué)成分。比如，錳渣中含有的堿金屬氧化物氧化鉀和氧化鈉、堿土金屬氧化物氧化鈣與氧化鎂等都可以加以利用，在錳渣中溶劑型成分占了約15.98%，這對于使用錳渣作為原料在低溫下形成所必須的液相，有一定的促進(jìn)作用，因此該原料具有制備多孔陶瓷的特性[4]。

錳渣的外形是不規(guī)則的，小顆粒，結(jié)構(gòu)蓬松，其對于制造多孔陶瓷最主要的特點(diǎn)就是可塑性高，有利于多孔陶瓷的成型以及燒結(jié)。在多孔陶瓷制作中，原料的含水量會對多孔陶瓷的成型和燒結(jié)性能產(chǎn)生較大的影響，通過相關(guān)儀器對電解錳渣進(jìn)行含水量測定之后分析結(jié)果為碳酸錳渣比氧化錳渣含水量低10%左右。

2.2 多孔陶瓷制作的造孔劑和粘結(jié)劑介紹

在強(qiáng)烈滿足造孔劑要求的情況下，添加造孔劑可以有效提高多孔陶瓷制作的氣孔率，常用的造孔劑主要是碳粉、白云石、木屑等，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：相對于其他造孔劑，白云石有較均勻的粒度分布。粘結(jié)劑的主要作用是需要在燒結(jié)的過程中，將原料顆粒之間的接觸點(diǎn)連接起來，粘結(jié)劑的選擇對多孔陶瓷材料的性能有較大的影響，其粘結(jié)的牢固程度對樣品的最終使用性能，如壓縮強(qiáng)度、導(dǎo)熱性等都起著至關(guān)重要的作用[5]。

2.3 電解錳渣制備多孔陶瓷吸附材料的條件和性能分析

骨料顆粒大小、燒結(jié)溫度、成型壓力以及保溫時(shí)間直接影響多孔材料的綜合性能。宏觀上，造孔劑的粒徑對多孔陶瓷的孔徑起主要作用，因此造孔劑不一樣、粘結(jié)劑用量不同，煅燒溫度不同，制備而得的電解錳渣多孔陶瓷的性能也是不一樣的。例如根據(jù)前人的研究成果可以得知，當(dāng)加入20%的碳粉，5%的高嶺土，在1075℃對混合料進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，得到的錳渣多孔陶瓷材料的綜合性能較好，氣孔率達(dá)到68.86%，吸水率達(dá)到66.19%，體積密度達(dá)到1.05g/cm3， 抗壓強(qiáng)度為5.44 MPa。然而，通過添加復(fù)合造孔劑，多孔陶瓷材料的氣孔率和抗壓強(qiáng)度都在一定程度上得到了提高。粘結(jié)劑用量的多少對氧化錳渣和碳酸錳渣制備多孔陶瓷吸附材料的影響較造孔劑的使用次之，影響較小的當(dāng)屬混合料水分以及成型的壓力，而燒結(jié)溫度的提高通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可知在不影響碳酸錳渣多孔陶瓷材料的主要物相組成情況下，可以有效提高碳酸錳渣多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度。

3 電解錳渣在多孔陶瓷制備的展望

目前，大多數(shù)國內(nèi)學(xué)者，主要在工業(yè)建材領(lǐng)域方面對錳渣的二次利用進(jìn)行了研究。綜合來看，電解錳渣的再利用的有效策略仍然迫在眉睫，大部分研究依然停留在實(shí)驗(yàn)室，還不能得到大規(guī)模的使用，因此對電解錳渣資源的再利用必須開辟出一條新的技術(shù)路線，使資源保護(hù)與資源利用率得到改善與提高，更好地切合大生態(tài)形勢下的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的有效改善，使經(jīng)濟(jì)效益和社會效益得到進(jìn)一步提高，使工業(yè)化應(yīng)用得以真正實(shí)現(xiàn)。基于以上問題提出以下觀點(diǎn)：首先是就目前學(xué)者撰寫的文獻(xiàn)來看，學(xué)者們都在積極地對電解錳渣的資源再利用進(jìn)行更深層次的研究，通過一系列的實(shí)驗(yàn)，旨在為實(shí)現(xiàn)電解錳渣能夠多途徑地高效利用奠定基礎(chǔ)。其次是在電解錳渣的二次利用之前，應(yīng)充分做好綜合相應(yīng)利潤成本規(guī)劃，以及帶來的不利影響進(jìn)行可控分析，對工業(yè)化利用來說，就是利益到達(dá)電解錳渣的二次利用出產(chǎn)的綜合產(chǎn)品利益最大化。綜合產(chǎn)品如果成本過高，電解錳渣的綜合利用研究前景也是很可觀。綜合以上可能出現(xiàn)的問題來看，對于電解錳渣制備多孔陶瓷需要綜合多方面因素考慮。

4 結(jié)語

技術(shù)的革新在帶給人們便利生活的同時(shí)，也帶來了大量的環(huán)境污染。因此在人類發(fā)展的同時(shí)越來越重視廢物利用。本文就電解錳渣在多孔陶瓷制備應(yīng)用方面展開了論述，即對以電解錳渣作為原料，對多途徑制備多孔陶瓷材料的性能研究展開論述?？紤]各個(gè)因素對電解錳渣在制備多孔陶瓷材料的優(yōu)勢的有效改善。實(shí)現(xiàn)電解錳渣在多孔陶瓷制備領(lǐng)域的二次利用的設(shè)想，解決錳渣污染和利用的問題，此文為后續(xù)研究者對電解錳渣研究提供參考，希望早日可以解決錳渣污染難題。