一種電解錳渣輕質燒結磚及其制備方法與流程

本發明涉及一種電解錳渣輕質燒結磚及其制備方法，屬于工業廢渣再利用技術領域。

背景技術：

目前我國是世界上最大的電解錳生產國，電解錳產量約占世界總產量的98％。我國的錳礦資源主要是以碳酸錳礦為主的菱錳礦，采用電解硫酸錳工藝來生產金屬錳，在獲得金屬錳的同時也產生了大量的酸性濾渣—錳渣。由于近年來對錳礦資源的濫采亂挖，造成了錳礦品味的日益降低，現每生產1噸金屬錳將會產生8～9噸的錳渣。因缺乏有效的再利用技術，這些大量的錳渣主要以堆放或填埋的形式進行處理，逐年堆放的工業錳渣已對環境造成了嚴重污染，主要表現為錳渣中含有的大量氨氮、硫酸鹽、重金屬離子如鎘、鉛、砷、銅、鋅和錳等對渣場附近大氣、地表/地下水源、土壤結構、生態環境等造成的污染與破壞，已成為制約我國電解錳產業可持續發展的主要因素。如果經過一定的處理和其他混料添加，可以實現錳渣的有效回收與綜合資源化利用，從而減少對環境的污染，產生良好的經濟效益和環境效益。

當前，人們對錳渣的回收與資源化利用開展了廣泛的研究，如從錳渣中提取金屬錳、用作水泥緩凝劑、制備陶瓷磚、制作蜂窩型煤燃料、生產錳肥、生產釉或微晶玻璃材料、用作建設材料或路基材料等。這些方法為錳渣的綜合利用開辟了新思路，但仍難以大規模利用，因此必須尋找新的錳渣綜合利用途徑。截至目前，尚未發現以電解錳渣為主要原料而制備燒結磚的研究報導。

電解錳渣的主要化學成份測定如下：(各成份含量為質量百分比％)

通過對我國著名的“錳三角”地區之貴州省銅仁市金瑞錳業公司的電解錳渣的化學組成分析可知，電解錳渣屬于活性很低的酸性渣。

根據國標GB/T203-1994的規定，參照礦渣質量系數來計算錳渣質量系數，其結果為：

(1)錳渣質量系數K＝(CaO+MgO+Al₂O₃)/(SiO₂+MnO+TiO₂)＝16.18/29.48＝0.55<1.2(不合格)

(2)錳渣堿性系數M0＝(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)＝9.91/33.22＝0.30<1(為酸性渣)

根據對電解錳渣的礦物組成分析，電解錳渣主要含二水硫酸鈣和石英，其化學組成則主要是Cao、MgO、Al₂O₃、SiO₂等，因此利用現有的工業廢棄物電解錳渣為主要原料、添加其他原料來制備燒結磚是完全可行的。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明針對電解錳渣資源化的問題，提供了一種電解錳渣輕質燒結磚，并且本發明還提供一種電解錳渣輕質燒結磚的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種電解錳渣輕質燒結磚，按質量百分比由以下原料組成：電解錳渣80～90％、粘土5～15％、煤粉5％，以上組分質量百分比之和為100％。

上述電解錳渣輕質燒結磚的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：將錳渣、粘土、煤搗碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨后篩分至120目分別得到錳渣粉，粘土粉，煤粉；

步驟2：按質量百分比分別稱取電解錳渣80～90％、粘土5～15％、煤粉5％，以上組分質量百分比之和為100％；

步驟3：將步驟2中稱取的電解錳渣、粘土和煤粉球磨充分混合后在20～25MPa壓力下壓制成型，然后經過燒結，得到電解錳渣輕質燒結磚。

其中，燒結是在20℃下升溫至100℃保溫30min、然后升溫至500℃保溫30min、再升溫至800℃保溫60min，最后升溫至1040℃保溫180min后隨爐冷卻。

與現有技術相比，本發明可以獲得包括以下技術效果：

(1)本發明所用原料廉價、種類少，本發明所用原料只有三種，均具有廉價、易采購的優點。

(2)本發明的主要原料為電解錳渣，其前期處理工序少而簡單。電解錳渣只需經過搗碎、烘干、球磨的簡單處理后即可使用，且電解錳渣的利用量大，其在配方中的質量份數可達80～90％。

(3)本發明電解錳渣燒結磚，通過在電解錳渣中添加粘土和煤粉，使得制備的燒結磚的強度達到MU20、MU25的燒結磚國家標準，完全可以應用在具有一定抗壓、抗折強度要求的建筑材料領域。

(4)變廢為寶，資源再利用。電解錳渣為工業廢渣，排放量大、污染嚴重，給環境造成極大危害，本發明將其作為主要原料并適當添加一定的粘土和煤粉來制備錳渣輕質燒結磚，可實現工業廢棄物的資源化再利用，為電解錳渣的回收再利用問題提供了一種新的思路。

當然，實施本發明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是所用原料電解錳渣的物相組成XRD鑒定圖。

具體實施方式

本發明通過以下實施實例進一步詳述，配合實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現過程能充分理解并據以實施。

觀察圖1可以看出，電解錳渣主要由生石膏(CaSO₄·2H₂O)和石英(SiO₂)、以及微量的白云母(H₂KAl₃(SiO₄)₃)和高嶺土等礦物成分組成。通過分析曲線還可知道結晶程度的高低與含石英的多少有關，觀測可知在錳渣中石英含量多，生石膏的含量次之，含微量的白云母，且晶相形成明顯，因此錳渣是較適合做制磚原料。

本發明所燒結后的樣品外觀呈咖啡色略帶黃色，表面粗糙，可見明顯的細小孔隙，無光澤，質地堅硬。由于生坯樣品內的有機物、碳酸鹽、結晶水在升溫的過程中所產生的氣體逸出，加之煤高溫后的助燒與碳化，形成更多的孔隙，同時錳渣在高溫下熔融，因此隨著樣品內液相的產生，填補了孔隙，形成網狀結構，對燒成品起到了固化效果，從而使其質地堅硬、強度較大，滿足燒結磚的國家標準，適用于建筑材料領域。

實施例1：

本實施1利用電解錳渣制備輕質燒結磚的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：分別將錳渣、粘土、煤搗碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨過120目篩分別得到錳渣粉，粘土粉，煤粉；

步驟2：按質量百分比分別稱取電解錳渣粉2.52kg(90％)、粘土粉0.14kg(5％)、煤粉0.14kg(5％)，以上組分質量百分比之和為100％，總質量之和為2.8kg；

步驟3：將步驟2中稱取的電解錳渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa壓力下壓制成外形為直角六面體備燒，其長240mm、寬115mm、高53mm；

步驟4：將步驟3中所壓制的生坯塊在1040℃溫度下燒結保溫3小時后隨爐自然冷卻而得到電解錳渣輕質燒結磚。

其中，燒結時的升溫速率為5℃/min，并采用分段加熱并保溫的方式，即從20℃升溫至100℃并保溫30min、然后升溫至500℃并保溫30min、再升溫至800℃并保溫60min，然后升溫至1040℃并保溫燒結180min，最后隨爐冷卻而得到錳渣輕質燒結磚。

經測試，本錳渣燒結磚的抗折強度為4.38MPa，抗壓強度為21.8MPa，體積密度為1450kg/m³，強度性能達到了燒結磚國家標準MU20等級，完全可以作為輕質燒結磚應用在建筑材料領域。

實施例2：

本實施例2利用電解錳渣制備輕質燒結磚的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：分別將錳渣、粘土、煤搗碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨過120目篩分別得到錳渣粉，粘土粉，煤粉；

步驟2：按質量百分比分別稱取電解錳渣粉2.38kg(85％)、粘土粉0.28kg(10％)、煤粉0.14kg(5％)，以上組分質量百分比之和為100％，總質量之和為2.8kg；

步驟3：將步驟2中稱取的電解錳渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa壓力下壓制成外形為直六面體備燒，其長240mm、寬115mm、高53mm；

步驟4：將步驟3中所壓制的生坯塊在1040℃溫度下燒結保溫3小時后隨爐自然冷卻而得到電解錳渣輕質燒結磚。

其中，燒結時的升溫速率為5℃/min，并采用分段加熱并保溫的方式，即從20℃升溫至100℃并保溫30min、然后升溫至500℃并保溫30min、再升溫至800℃并保溫60min，然后升溫至1040℃并保溫燒結180min，最后隨爐冷卻而得到錳渣輕質燒結磚。

經測試，本錳渣燒結磚的抗折強度為5.68MPa，抗壓強度為26.8MPa，體積密度為1580kg/m³，強度性能達到了燒結磚國家標準MU25等級，完全可以作為輕質燒結磚應用在建筑材料領域。

實施例3：

本實施例3利用電解錳渣制備輕質燒結磚的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：分別將錳渣、粘土、煤搗碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨過120目篩分別得到錳渣粉，粘土粉，煤粉；

步驟2：按質量百分比分別稱取電解錳渣粉2.24kg(80％)、粘土粉0.42kg(15％)、煤粉0.14kg(5％)，以上組分質量百分比之和為100％，總質量之和為2.8kg；

步驟3：將步驟2中稱取的電解錳渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa壓力下壓制成外形為直六面體備燒，其長240mm、寬115mm、高53mm；

步驟4：將步驟3中所壓制的生坯塊在1040℃溫度下燒結保溫3小時后隨爐自然冷卻而得到電解錳渣輕質燒結磚。

其中，燒結時的升溫速率為5℃/min，并采用分段加熱并保溫的方式，即從20℃升溫至100℃并保溫30min、然后升溫至500℃并保溫30min、再升溫至800℃并保溫60min，然后升溫至1040℃并保溫燒結180min，最后隨爐冷卻而得到錳渣輕質燒結磚。

經測試，本錳渣燒結磚的抗折強度為4.81MPa，抗壓強度為24.1MPa，體積密度為1530kg/m³，強度性能達到了燒結磚國家標準MU25等級，完全可以作為輕質燒結磚應用在建筑材料領域。

本實施例是在以本發明技術方案為前提下而進行的，包含了詳細的實施方式和具體的操作過程。但如前所述，應當理解發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。但本實施實例所闡述的技術內容僅為說明性的而非限定性的，不應依此來局限本發明的保護范圍，本領域人員所進行的改動和變化不脫離發明的精神和范圍，則都應在發明所附權利要求的保護范圍內。