利用电解锰渣制备陶瓷骨料及在混凝土中的应用

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0489

摘要/Abstract

摘要：

电解锰渣的堆放威胁着人们健康和生态环境，因此电解锰渣的无害化处理成为亟需解决的难题。利用1 100 ℃高温烧结使电解锰渣中可溶的Mn和Cr固化在晶粒内，同时热分解含氨复盐。高温烧结后的电解锰渣已经瓷化且拥有较高的抗压强度，经过破碎分级后可替代混凝土中的骨料。研究结果表明，电解锰渣陶瓷粗骨料和细骨料能基本满足GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》，由XRD和EDS分析可知，烧结后的电解锰渣含有一定量的CaSO₄，CaSO₄的存在促进了水泥水化产物钙钒石的合成，使陶瓷骨料与水泥结合更加紧密，混凝土试块在断裂时陶瓷骨料不以拔出的形式失效，增加了混凝土试块力学的强度。利用陶瓷粗骨料和天然砂细骨料制备的混凝土试块14 d抗折强度为7.54 MPa，优于粗骨料和细骨料均为天然砂石的样品（5.36 MPa），且陶瓷粗骨料在混凝土中所含质量分数较大（48.55 %），对于电解锰渣再利用具有重要意义。

关键词: 电解锰渣, 陶瓷骨料, CaSO₄, 固体废弃物, 资源化利用, 混凝土

Abstract:

It is well known that the stacking of electrolytic manganese slag threatens people's health and the ecological environment，so the harmless treatment of electrolytic manganese residue becomes an urgent problem to be solved.The soluble Mn and Cr in electrolytic manganese slag were solidified in the grain by sintering at 1 100 ℃，and the ompound salt containing ammonia were thermal decomposed at same time.The electrolytic manganese slag after sintering at high temperature had been porcelain and had high compressive strength，which could replace the aggregate in concrete after breaking and classifying.The results showed that the coarse aggregate and fine aggregate of electrolytic manganese slag ceramic could meet the standard of “recycled coarse aggregate for cement”.XRD and EDS analysis showed that electrolytic manganese slag after sintering contained a certain amount of CaSO₄，the presence of CaSO₄ promoted the synthesis of calcium vanadite，the hydration product of cement，so that the ceramic aggregate and cement were more closely combined，and the ceramic aggregate did not fail in the form of pulling out when the concrete test block was broken，and the mechanical strength of the concrete test block was increased.The 14 d flexural strength of the concrete sample prepared with ceramic coarse aggregate and natural sand fine aggregate was 7.54 MPa，which was better than that of the sample with both coarse aggregate and fine aggregate as natural sand and stone（5.36 MPa）.The coarse ceramic aggregate accounted for 48.55% in concrete，and the amount was large.This study was of great significance for the resource utilization of electrolytic manganese slag.

Key words: electrolytic manganese slag, ceramic aggregate, CaSO₄, solid waste, resource utilization, concrete

中图分类号:

TQ137.12

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图/表 11

表1

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表2

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图3

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表5

表6

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参考文献 21

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项目	w（SiO₂）	w（Al₂O₃）	w（Fe₂O₃）	w（CaO）	w（MgO）	w（SO₃）	w（K₂O）	w（Na₂O）	w（MnO）	烧失量
电解锰渣	26.95	6.27	3.74	7.82	2.09	22.94	1.58	0.75	2.27	24.68
水泥	24.99	8.26	4.03	51.42	3.71	2.51	—	—	—	≤5.0

项目	质量分数/%
项目	2.36 mm	4.75 mm	9.50 mm	16.00 mm	19.00 mm
GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》（Ⅲ类）累计筛余	95~100	85~100	30~60	0~10	0
累计筛余	100	98.29	82.56	37.64	0
占比	1.71	15.73	44.92	37.64	0

项目	质量分数/%
项目	0.30 mm	1.18 mm	2.36 mm	4.75 mm
GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用细骨料》（Ⅲ类）累计筛余	55~85	0~25	0~15	0~10
累计筛余	100	67.18	41.01	0
占比	32.82	26.17	41.01	0

项目	表观密度/（kg·m^-3）	堆积密度/（kg·m^-3）	空隙率/ %	24 h饱和吸水率/%
锰渣粗骨料	2 255	1 020	53	2.8
锰渣细骨料	2 263	1 250	45	3.9
天然粗骨料^［16］	2 727	1 839	49	0.58
GB/T 25177—2010《混凝土再生粗骨料》（Ⅲ类）	>2 250		<53	<8.0
GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》（Ⅲ类）	>2 250	>1 200	<52

样品编号	抗折强度/MPa
样品编号	1^#石+砂	2^#渣+砂	3^#渣+瓷	4^#渣+渣
3 d	4.66	6.88	3.05	2.70
7 d	5.10	7.03	3.31	3.61
14 d	5.36	7.54	3.71	4.18

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