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电解锰渣建材资源化研究现状与展望(4)
电解锰渣具有潜在火山灰活性,可与水泥中的C3S和C2S(硅酸二钙)反应,改善混凝土性能。另外,电解锰渣中的硫酸盐对一些低活性矿物掺合料的活性有硫酸盐激发作用,可用作混凝土复合掺合料原料和硫酸盐激发剂。利用5%~10%的电解锰渣可制备具有良好的抗压强度、杨氏模量和抗氯离子侵蚀性的C25/C30 混凝土[45]。电解锰渣还可用作硫磺混凝土填料,当掺量为30%时,混凝土的抗压和抗弯强度分别达到63.17MPa和9.47MPa,产品具有良好的耐酸碱腐蚀性能和致密性,浸出毒性满足GB 8978—1996 规定[46]。然而,由于硫黄的价格高、聚硫橡胶的供应困难和生产成本高,此技术并未实现推广和应用。
限制电解锰渣在水泥中资源化利用的主要原因是高含水率电解锰渣中氨氮和硫酸盐含量较高、脱氨脱硫工艺不成熟、成本较高。掺加未进行脱氨脱硫处理或处理不完全的电解锰渣时,水泥水化形成的强碱性环境(pH 为12~13)会使残留的铵盐以氨气形式逸出,污染环境,危害人体健康。为防止水泥中SO3超标(≤3.5%)导致水泥安定性不良,电解锰渣掺量不宜过高。宁夏某企业投资15 亿元建成了两条日产4500t 的水泥熟料生产线,通过煅烧水泥协同处置电解锰渣,综合固废利用率达51%,但投资成本高昂,电解锰渣掺量仅为3%~5%。同时,所生产的水泥在使用时会释放氨气,影响建筑内空气质量,危害人体健康,市场接受程度不高。限制电解锰渣在混凝土中利用的原因是其活性低,缺乏低成本的高效活化技术。重庆秀山某企业利用回转窑煅烧电解锰渣,激发了活性,可用作水泥混合材和混凝土掺合料,但脱硫程度不高,同时由于氨回收系统投资成本高,目前尚未规模化生产。
4.2 墙体材料
墙体材料是建筑工程中必不可少的一类材料,消耗量巨大。传统的墙材主要是黏土烧结砖,其生产过程会消耗大量土地资源和能源,造成环境污染,居住舒适度也较差。随着自然资源的日渐枯竭和国家生态环境保护政策的愈发严厉,在可持续发展背景下,以工业、农业和建筑垃圾废弃物及河道淤泥等废弃物为原料生产墙体材料已成为墙体材料行业发展的趋势。利用电解锰渣可制备免烧砖、烧结砖、蒸压砖和蒸压加气混凝土等墙体材料。
郭盼盼等[47]研究表明以电解锰渣60%、石灰10%、粉煤灰20%和水泥10%为胶凝材料,可以制备28天抗压强度为7.76MPa的免烧砖。杨洪友等[48]利用经预处理的电解锰渣和硅矿制备了免烧砖,电解锰渣掺量为80%时,抗压强度达到11.25MPa,相关性能满足JC 422—1991 和JC 239—1991 的规定。蒋小花等[49]发现以电解锰渣、粉煤灰、石灰和水泥为胶凝材料,电解锰渣掺量为50%时,掺入一定量的骨料,免烧砖的28 天抗压强度可达10MPa以上。王勇[50]利用60%的电解锰渣制备了抗压强度达到26.6MPa的蒸压砖,产品浸出毒性和放射性满足相关标准要求。杜兵等[8]利用30%~40%的电解锰渣制备了抗压强度超过50MPa 的蒸压砖。余举学[51]利用35%~60%的电解锰渣制备了加气混凝土,发现将其浇筑至空心砌块中,传热系数可降低40%,且产品环保。潘荣伟等[52]利用59%的电解锰渣和15%的再生集料制备了强度等级达到MU15级的蒸压制品,浸出毒性检测和放射性均满足相关标准要求。Wang 等[53]利用30%~60%的电解锰渣制备了非烧结透水砖,劈裂抗拉强度和渗透系数分别可达到3.53MPa 和3.2×10-2cm/s。他们还利用15%的电解锰渣制备了免烧透水砖,并利用工业CT研究了其孔结构。
上述研究指出利用电解锰渣可制备性能优良的墙体材料,但重金属固化机理、强度形成机理、氨氮脱除机理和耐久性还需进一步研究。某些企业利用电解锰渣生产了透水路面砖、蒸压砖和蒸压加气混凝土。但是,由于未对电解锰渣进行脱氨处理,相关产品在潮湿环境下返霜严重。同时,生产工艺过程未对逸出的氨进行回收,会造成环境污染,影响人体健康。而氨回收装置的设置会增加产品生产成本,同时当地建材市场不足以消耗所生产的产品,这些公司尚未实现真正的产业化生产。
4.3 玻璃陶瓷和陶粒
目前,利用廉价高硅质和高铝质工业固体废弃物制备玻璃陶瓷已成为资源化利用工业固体废弃物的研究热点。从化学组成来看,电解锰渣富含SiO2和Al2O3等氧化物,可用于制备玻璃陶瓷。Qian等[54]发现,无需任何成分调整,电解锰渣研磨后与聚乙烯醇溶液混合,在1350℃下煅烧1h,经过成核和结晶,可制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2系列玻璃陶瓷,结晶活化能仅为429.00kJ/mol。宋谋胜等[55]利用电解锰渣、滑石、工业氧化铝和石英合成了性能良好的堇青石/钙长石复相陶瓷,电解锰渣掺量达25%。王功勋等[56]利用10%的电解锰渣和90%的废陶瓷磨细粉制备了再生陶瓷砖,实现了两种废弃物的协同利用。胡春燕等[57]利用电解锰渣、废玻璃和高岭土制备了陶瓷砖,发现锰被固化于锰钙辉石晶格中, 实现了锰的解毒,电解锰渣掺量达40%。冉岚等[58]以电解锰渣和废玻璃粉为主要原料制备了陶瓷砖,结果表明掺加32%的电解锰渣,900℃下可制备性能优良的陶瓷砖。此外,电解锰渣还可制备钙长石/顽辉石多相陶瓷、再生陶瓷砖和多孔陶瓷。
文章来源:《江西建材》 网址: http://www.jxjcbjb.cn/qikandaodu/2021/0303/795.html