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电解锰渣建材资源化研究现状与展望(2)
本文系统整理和分析了电解锰渣的基本理化特性、生态环境特征、减量化和资源化技术研究现状。在此基础上,总结了近年来电解锰渣建材资源化研究现状和产业化实施案例,分析了各种电解锰渣建材资源化途径的利弊、电解锰渣制备水泥混合材和蒸压加气混凝土的可行性,旨在从建材角度明确电解锰渣的资源化途径。最后,结合技术、经济、市场和政策因素对电解锰渣的建材资源化利用未来发展进行了展望,为电解锰渣的规模化处置提供了研究和产业化思路,对电解锰渣的规模化处置和电解锰行业的可持续发展意义重大。
1 电解锰渣理化特性
由于锰矿来源和品位不同,各地电解锰渣的化学成分也有差异,但均以SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO为主,是潜在建材和工业生产原料。如表1所示,电解锰渣中上述4种主要化学成分的总质量分数为43.76%~56.36%,但MnO 可高达3.35%、SO3高达37.31%,在利用时应严格控制。
表1 电解锰渣的化学成分及其质量分数 单位:%注:NA表示信息未提供。TiO2 0.18 0.26 0.57 0.32 0.15地区重庆湖南贵州宁夏广西SiO2 22.03 26.95 31.38 27.93 23.41 Al2O3 8.54 2.27 4.82 5.08 4.80 Fe2O3 19.16 7.82 10.71 15.39 14.96 CaO 3.09 6.27 9.45 5.78 2.46 MgO 8.83 3.74 7.53 5.29 8.57 MnO 3.35 2.09 1.61 NA 1.24 SO3 30.37 11.95 18.58 37.31 27.58 K2O 0.73 1.58 3.40 1.14 0.60 Na2O 0.24 0.75 0.77 0.56 0.05
电解锰渣的主要矿物组成为石膏(CaSO4·2H2O)、石英(SiO2)、钠长石[(Na,Ca)AlSi3O8]、白云母[KAl2Si3AlO10(OH)2]、高岭石[Al2Si2O5(OH)4]、铁矾土(FeS2)、黄 铁 矿[(NH4)2(Mg,Mn,Fe)(SO4)2·6H2O]、MnSO4·H2O、(NH4)2SO4和MgSO4[6]。堆存时,易溶的MnSO4·H2O、(NH4)2SO4·H2O、MgSO4等物相会消失,形成难溶的(NH4)2Mn(SO4)2·6H2O、(NH4)2Mg(SO4)2·6H2O、MnO2、MnFeOx等物相,锰和氨氮的浸出浓度随堆存时间延长而逐渐降低[7]。堆存电解锰渣的危害程度较刚产生的电解锰渣小,但脱硫脱氨难度更大。电解锰渣呈酸性(pH=4.00~6.40)、比表面积较大(3.00~9.66m2/g)、粒径较小(17.37~80.00μm)、 含 水 率 较 高(18.60%~30.00%)[8-11]。在资源化利用时,需调整pH,解决由电解锰渣比表面积大、粒径小和含水率高带来的黏度大和难分散问题。
几种典型电解锰渣的浸出毒性结果如表2 所示。由表2 可知,电解锰渣中的Mn2+、NH4+-N、Cr6+和Ni2+的浸出毒性均超过污水综合排放标准(GB 8978—1996),尤其是Mn2+和NH4+-N 可高达/L和815.31mg/L,分别为GB 8978—1996中规定值的1029 倍和54 倍,成为限制其建材资源化利用的关键因素和研究重点。
表2 按HJ 557—2010方法分析电解锰渣的浸出毒性单位:mg·L-1注:NA表示信息未提供。地区重庆湖南贵州宁夏Mn2+NH+4-N Cu2+Zn2+Cr6+Cd2+Se4+Pb2+Ni2+0.74 0.75 0.22 4.83 2057.00 1300.12 1321.61 1820.00 186.00 650.85 815.31 NA 0.19 0.051 NA 0.062 0.75 1.14 0.015 1.34 0.11 NA 0.34 NA 0.054 0.036 0.006 0.036 0.061 NA NA NA 0.35 NA 0.14 NA
2 电解锰渣生态环境特征
目前,电解锰渣的主要处置方式是堆存,部分渣场防渗措施不当甚至未做防渗处理。雨季时,电解锰渣中的Mn2+、、其他重金属离子和小颗粒物质容易进入水体、土壤和空气,造成严重的环境污染,破坏周边环境的生物多样性,进而影响人体健康。
电解锰渣对农田、土壤、地下水、地表水和植物有严重影响。Duan[12]和降林华[13]等系统分析了电解金属锰行业的硒污染,表明电解锰渣中的硒具有显著的环境和生态风险。杨爱江等[14]发现,距电解锰渣渣场50m 的农田中,Mn 和Cr 含量分别高达287.00mg/kg 和233.70mg/kg,超过或接近土壤环境质量标准的规定值(均为250mg/kg)。Xu 等[15]发现电解锰渣中的水溶性Mn含量为310.70~314.70mg/L,pH 为5.00,均超过了GB 8978—1996 的限值(Mn含量2.00mg/L 和pH 为6~9),容易对土壤和水体造成污染,导致溪流和河道淤积,甚至造成人身伤亡。Li等[16]系统评估了电解锰渣渣场对人体健康和生态系统的潜在风险。结果表明,基于风险评估模型,电解锰渣中重金属对渣场的潜在风险顺序为Mn>Co>Zn>Cu>Cr=As=Pb。根据修正后的潜在生态风险指数,电解锰渣对人类健康和生态系统的风险依次为As>Cu>Mn>Co>Pb>Cr>Zn。沈华[17]分析了湘西地区电解锰渣渣库周边的水质,发现水中Mn2+和可高达537.00mg/L和795.77mg/L,周边的土壤也遭到严重污染。陆凤等[18]发现电解锰渣和浸出液对植物根伸长的抑制率超过42.50%,甚至高达100.00%。王加真等[19]发现,经6%和9%的电解锰渣浸出液处理12 天,黑麦草的总叶绿素含量分别降低了47.50%和70.87%,类胡萝卜素含量分别降低了77.80%和83.90%。曹建兵等[20]发现,玉米植株会富集电解锰渣中的重金属,影响其生长。电解锰渣对人体有潜在危害。人体摄入过量锰时,会损害神经系统,导致帕金森病甚至死亡。过量的镉会损害人体的肝、肾等器官。此外,水体中的N容易被微生物转变为亚硝酸盐,从而毒害人体甚至导致癌症。硒过多会引起消化不良、四肢麻木、脱发和指甲变形等不良症状。
文章来源:《江西建材》 网址: http://www.jxjcbjb.cn/qikandaodu/2021/0303/795.html