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电解锰渣建材资源化研究现状与展望(3)
从上述研究可知,未经严格处置的大量高含水率电解锰渣在堆存过程中所释放的Se4+、Mn2+、等有害离子有显著的生态环境风险,导致水体和土壤重金属超标,影响植物的生长,危害人体健康。高含水率电解锰渣具有良好的流动性和迁移性,容易引起溃坝事故,造成严重生态环境问题,带来巨大的经济损失。因此,寻找有效途径实现电解锰渣资源化利用,缓解其大量堆存带来的生态环境风险迫在眉睫。-
3 电解锰渣的减量化和无害化
3.1 电解锰渣减量化
电解锰渣堆存量巨大、Mn2+和等污染物含量多、含水率高、环境风险大;雨季时,堆存的高含水率电解锰渣容易发生迁移和流动,存在溃坝风险。从无害化和资源化角度看,电解锰渣处置首先要解决的问题是源头减量。目前,电解锰渣的减量化主要包括三方面。①锰矿的选矿富集,以获得品位较高的锰矿生产原料。主要包括磁选、重选、化学药剂浮选和物理选矿等。Wu 等[21]发现通过高强度磁选可以获得品位为22.75%的锰矿,锰矿回收效率为89.88%。Muriana[22]发现利用重选法锰矿的回收效率为91.11%。Zhou 等[23]发现以亚油酸异羟肟酸为浮选药剂可以获得品位为18.30%的锰矿,锰矿回收效率为97.00%。Mishra等[24]利用带式磁选机获得了品位为45.00%的锰矿,锰矿回收效率为69.00%。②锰的高效浸出。采用稀硫酸[25]、稀盐酸[26]、木质素[27]和SO2[28]等化学药剂浸出,微波[29]、电场强化[30]和生物浸出[31]等方法,Mn2+的浸出效率分 别 为 96.21%、 97.10%、 91.00%、 95.50%,98.60%、98.20%和98.00%。③引进国外高品位优质锰矿与国内低品位锰矿复配,实现锰矿原料品位的优化。宁夏天元锰业、广西中信大锰和贵州部分锰生产企业通过引进南非和加纳等地的高品位优质锰矿,实现了锰矿原料的优化,降低了电解锰渣的排放量。
虽然研究者针对电解锰渣减量化开展了大量研究,并取得了一系列成果。但电解锰渣的减量化仍然存在以下问题:①因为菱锰矿的本身特性,选矿方法难以提高锰矿品位,传统的浸出工艺很难进一步提高Mn2+浸出率;②电解锰渣颗粒细、比表面积大、黏度大,导致电解锰渣含水率居高不下,其中夹带大量有价资源和污染物,即使采用先进的压滤工艺和设备,也难以降低电解锰渣含水率。
3.2 电解锰渣无害化
电解锰渣无害化的实质是将其所含的Mn2+和等污染物固化或脱除,主要有化学方法(CaO[32]、臭氧[33]、CaS[34]、磷酸盐+镁盐+碳酸盐[35]和磷石膏[36]等)、电化学方法(电场强化[30]和电动力修复[37])、生物浸出[31]、焙烧和水洗等。研究表明以CaO 为处理药剂,Mn2+和的脱除率可达99.98%和99.21%;以臭氧为处理药剂,Mn2+的脱除率可达99.90%以上;以CaS为处理药剂,Mn2+的脱除率可达99.90%以上;以MgO+CaO+磷酸盐为处理药剂,Mn2+和的脱除率可达100.00%和84.89%;以磷石膏协同处置,Mn2+和的脱除率可达99.94%和96.36%;采用电场强化方法,Mn2+和的脱除率可达98.60%和99.80%;采用电动力修复方法,以太阳能为能源,Mn2+和的脱除率可达99.49%和99.70%;采用生物浸出方法,Mn2+和的脱除率可达98.00%和99.00%。
虽然研究者针对电解锰渣无害化开展了大量研究,并取得了一系列成果。但电解锰渣的无害化仍然存在以下问题:①电解锰渣的分散设备欠缺,难以实现处理药剂和电解锰渣的充分混合;②目前的电解锰渣无害化技术难以同时实现Mn2+和的低成本高效脱除;③现有的无害化处置后的电解锰渣长期稳定性差,存在二次污染风险。
4 电解锰渣的建材资源化
电解锰渣建材资源化利用方式见图1,包括水泥、混凝土、墙体材料、玻璃陶瓷、陶粒、路基和聚合物等。
图1 电解锰渣的建材资源利用方式
由图1可知,电解锰渣可用作水泥矿化剂、水泥混合材和特种水泥原料,掺量为3%~5%;可用作混凝土复合掺合料、硫酸盐激发剂和硫磺混凝土填料,掺量<10%;可制备免烧砖、蒸压砖、非烧结透水砖和蒸压加气混凝土等墙体材料,掺量为30%~60%;可制备玻璃陶瓷和陶粒,掺量为10%~40%;可协同粉煤灰等废渣制备路基材料,掺量<30%;可协同垃圾飞灰等废渣制备地聚物,掺量为10%~80%。但由于高含水率的电解锰渣氨氮和硫酸盐含量较高、脱氨脱硫工艺不成熟、处置成本较高,受市场等因素限制,其建材资源化利用并无可推广应用的成功案例。
4.1 水泥和混凝土
电解锰渣硫酸盐含量较高,可用作水泥矿化剂,掺加2%~8%的电解锰渣时,水泥熟料煅烧温度可降低100℃,熟料中C3S(硅酸三钙)含量有所增加[38]。电解锰渣的主要氧化物与水泥一致,辅以黏土、石灰石、硅质和铝质校正原料,在适当的煅烧温度煅烧可生产水泥。Hou 等[9]利用电解锰渣制备了56 天抗压强度为36~65MPa 的类硫铝酸盐水泥。雷杰等[39]利用电解锰渣制备了高铁硫铝酸盐水泥,3天抗压强度达到49.80MPa。此外,电解锰渣中的石膏、石英、钠长石、白云母、高岭石等主要矿物在直接煅烧或改性煅烧时,会脱水或发生晶型转变,使其活性得到增强,电解锰渣中的石膏在水泥水化时起缓凝作用,因此电解锰渣可用作水泥混合材和缓凝组分。程淑君等[40]发现电解锰渣经1200℃煅烧,活性指数可达95%。此外,经碳、煤、焦炭等还原剂脱硫、NaOH激发和灼烧生料陈化预处理的电解锰渣均具有良好的活性,可用作水泥混合材。林明跃等[41]发现掺入30%的经高温脱硫的电解锰渣时,水泥强度可达到PSA32.5级。黄川等[42]研究发现当NaOH∶电解锰渣=15∶85 时,电解锰渣的碱激发效果最佳。金胜明等[43]提出将电解锰渣与碳粉或铝粉混合,经900~1400℃煅烧20min,再与水泥熟料和石膏混合、球磨可制得水泥,28 天抗压强度达到53.63MPa。蒋勇等[44]研究发现利用灼烧生料对电解锰渣进行预处理,电解锰渣活性得到增强,可用作水泥混合材,灼烧生料掺量为5%时效果最佳。电解锰渣还可制备高炉矿渣水泥和TiO2涂层水泥材料。
文章来源:《江西建材》 网址: http://www.jxjcbjb.cn/qikandaodu/2021/0303/795.html