脫硫錳渣應用技術研究

虎大勇，宋正平，陸 宇

(1. 寧夏天元錳業(yè)集團有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100； 2. 寧夏天元錳材料研究院有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100)

0 前 言

電解錳行業(yè)作為典型的濕法冶金行業(yè)，在快速發(fā)展的同時，也對環(huán)境產生了不小的影響，其中電解錳渣對環(huán)境的危害[1]尤為突出。我國電解錳渣累計堆存量達上億噸[2-3]，且每年正在以1 000萬t的速度持續(xù)增長，大量堆存的電解錳渣不僅造成了資源浪費，還加大了對自然環(huán)境的壓力[4]。因此，合理有效地處理電解錳渣，最大限度地降低錳廢渣的危害，并對電解錳渣進行多渠道的利用，已經成為電解錳行業(yè)和環(huán)保領域亟待解決的問題。

寧夏天元錳業(yè)作為錳行業(yè)的龍頭企業(yè)，一直將電解錳生產中各類廢渣的處理作為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略重要的一環(huán)，多年來投資研發(fā)經費高達10億元，現(xiàn)已建成世界上第一條錳渣處理生產線，利用該生產線對電解錳渣進行處理，去除硫、氨等物質后燒結成塊以便于對電解錳渣進行高值化利用。電解錳渣經高溫[5]脫硫處理后的錳渣被稱為脫硫錳渣，其外觀呈灰褐色無規(guī)則，密實度較高且質地堅硬，主要成分為SiO2、MgO、Al2O3、CaO、Fe2O3，與水泥[6]原材料成分相近。本文涉及脫硫錳渣的應用技術，將脫硫錳渣經過破碎、整形、篩分后，利用其生產各種規(guī)格建筑破碎石、水泥制品[7]技術。該技術的提出拓寬了脫硫錳渣的應用范圍，避免或減輕固廢對企業(yè)及城市環(huán)境的污染危害，對于保護生態(tài)環(huán)境意義重大，產生良好的環(huán)保效益、社會效益并有效帶動企業(yè)產業(yè)鏈的循環(huán)發(fā)展。

1 試驗方案

1.1 試驗用料

試驗所需材料包括天然中細砂、二級粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、水、破碎石(5～15 mm)，脫硫錳渣：灰黃色或灰黑色無規(guī)則固體，有棱角，質地堅硬，整體較為致密，密度2.54 g/mL。脫硫錳渣中主要元素及成分分析結果見表1。

表1 脫硫錳渣中主要元素及成分分析 %

由表1可知，脫硫錳渣中主要成分包括二氧化硅、氧化鈣、三氧化二鋁、氧化鎂、鐵和錳的氧化物等，主要成分與水泥原材料及建筑破碎石成分相近，具有工業(yè)利用價值。

1.2 試驗方案

1.2.1 利用脫硫錳渣制備破碎石方案

脫硫錳渣經顎式破碎機破碎、篩分、整形，制得粒度為5，12，20 mm破碎石。

1.2.2 利用脫硫錳渣制備水泥制品試驗方案

脫硫錳渣經破碎機破碎過篩，取粒度為3～10 mm之間的渣，按一定比例摻配水泥、二級粉煤灰、天然中細砂、水，利用攪拌機攪拌均勻，利用預制或輸送至水泥制品生產系統(tǒng)生產不同規(guī)格的水泥制品，成品輸送至常溫養(yǎng)護室養(yǎng)護，并測定28天抗壓強度。

1.2.3 利用脫硫錳渣適配C40混凝土的試驗方案

脫硫錳渣經破碎機破碎過篩，取粒度為12～20 mm的渣，按一定比例摻配破碎石、水泥、二級粉煤灰、天然中細砂、外加劑、水，混合均勻后，在1.5 m2試驗區(qū)域內進行預制混凝土試驗，測7天回彈強度、28天回彈強度。

1.3 試驗工藝流程

試驗工藝流程見圖1。

2 試驗過程與結果

2.1 利用脫硫錳渣制備破碎石試驗過程及結果

試驗采用寧夏天元錳業(yè)集團有限公司自產的脫硫錳渣，利用顎式破碎機破碎，利用3層振動篩篩分，再利用碎石整形機整形至大小均勻、粒型完整的破碎石。

對破碎石進行取樣分析，結果見表2。

表2 利用脫硫錳渣制備的破碎石常規(guī)分析 %

從表2可知：利用脫硫錳渣制備的破碎石各項物理性能均符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》(JGJ 52—2006)[8]的要求。

利用脫硫錳渣制備的破碎石按照《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)[9]的要求測得內照射指數(shù)為0.2，外照射指數(shù)為0.3，符合標準要求。

2.2 利用脫硫錳渣制備水泥制品試驗過程及結果

試驗采用破碎后3～10 mm的脫硫錳渣為原材料，按一定比例摻配水泥、二級粉煤灰、天然中細砂、水，利用攪拌機攪拌均勻，利用預制水泥制品的方法制備混凝土路面磚，測其28天抗壓強度。制備的混凝土路面磚檢測結果見表3。

從表3可知：利用3～10 mm的脫硫錳渣制備的混凝土路面磚常規(guī)分析數(shù)據(jù)滿足《混凝土路面磚》(GB/T 28635—2012)[10]的要求。

表3 利用脫硫錳渣制備的混凝土路面磚常規(guī)分析

2.3 利用脫硫錳渣適配C40混凝土的試驗

試驗采用利用脫硫錳渣制備的12～20 mm破碎石為原材料，摻配部分天然破碎石、水泥、二級粉煤灰、天然中細砂、外加劑、水，混合均勻后，在試驗區(qū)1.5 m2區(qū)域進行預制混凝土試驗，測7天回彈強度、28天回彈強度，結果見表4。

由表4可知：利用12～20 mm的脫硫錳渣按上述過程預制的混凝土28天回彈強度可滿足C35、C40混凝土的生產要求。

表4 利用脫硫錳渣適配的混凝土強度分析

試驗主要在于消納脫硫錳渣，從而變相消納電解錳生產過程中產生的電解錳廢渣，脫硫錳渣不僅可用于水泥生產的原材料，還可以用于建筑材料、水泥制品、非主體結構混凝土、路面水穩(wěn)料等方面。

3 結 論

試驗是利用電解錳渣經高溫脫硫、脫氨、固化后的脫硫錳渣來進行試驗。電解錳渣在1 250～1 300 ℃條件下煅燒過程中，渣中的各種元素和各種物質均發(fā)生了化學變化，生成了和水泥成分相似的物質。

利用脫硫錳渣制備的破碎石、混凝土路面磚、非主體結構混凝土均滿足國家相關標準的規(guī)定。寧夏天元錳業(yè)集團正投資建設利用脫硫錳渣制備破碎石和水泥制品示范項目。

該試驗達到預期效果，整個過程體現(xiàn)了綠色化資源利用，該試驗的推廣可有效解決電解錳渣的堆存問題，可避免或減輕廢渣對環(huán)境造成的危害，對保

護生態(tài)環(huán)境意義重大，同時拓寬了脫硫錳渣的應用渠道，具有廣闊的工業(yè)化應用前景。