CN110002829A - 一种电解锰渣免烧砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解锰渣免烧砖及其制备方法。电解锰渣免烧砖由电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料构成的胶结剂M与电解锰渣、废石、水等通过挤压固化成型得到，该免烧砖使用电解锰渣废弃物为主要原料，获得更高抗压强度和更好耐水性，既解决了电解锰渣堆存污染环境的问题，又开发出了制作免烧砖的新配方。
Description
技术领域
本发明涉及一种免烧砖，特别涉及一种以电解锰渣作为主要原料实现其资源化利用制备免烧砖的方法，属于固体废物资源化利用领域。
背景技术
锰是国民经济中的重要基础物资和国家的重要战略资源之一，由于锰在生产技术上的欠缺与不足，所以生产1t锰要产生7～8t的电解锰渣。目前我国已探明的锰矿储存量超过6亿吨，因而会产生大量的电解锰渣，锰渣粒度超细且富含硫酸盐以至难于处理，现今国内电解锰渣以自然堆存为主，导致侵占大量土地，经常年累月的风雨侵蚀，有毒有害的重金属随地表径流和地下渗透作用进入周边水体、土壤，污染环境，对人类生存产生巨大的威胁。目前对于电解锰依然没有有效的处理措施，国内外针对锰渣的资源化用做了各方面的研究，例如有价金属的回收利用、生产肥料、制作水泥、陶瓷材料等，但是电解锰渣的利用率都不高，不能从根本上解决其给人类带来的危害。
电解锰渣是从原矿石提取锰元素后形成的工业废渣，主要为自身无水硬活性的石膏相，是一种富含高硫酸盐的硅铝酸盐废渣，其主要化学成分有以CaO、SiO2为主，含量在55％以上，其次是Al2O3、MnO、MgO，另含有Fe2O3、SO3等，较适合做制砖原料。在制作黏土砖时可加入3％左右的电解锰渣酸浸渣作为掺和料，烧制成的红砖外形美观，强度可提高一个等级，此方法已在湖南怀化得到了应用，但是锰废渣的掺量依然很少。
另外，我国建筑行业对砖头的需求量巨大，传统烧结砖是利用挖取农田粘土经烧结制成，因而造成土壤资源大量流失，目前我国已经明令禁止生产及使用粘土烧制砖头用于工业及民用建筑。为了避免电解锰渣处理不当造成对自然环境的污染，也避免挖取农田粘土制砖对土壤环境的破坏，急需开发一种电解锰渣制免烧砖的工艺。
发明内容
针对现有技术在资源化利用电解锰渣过程中对电解锰渣利用率低，造成环境污染等问题，本发明的第一个目的是在于提供一种高强度、耐水性好的免烧砖，该免烧砖以电解锰渣为主要原材料，能够很好实现电解锰渣的有效固结，降低其有毒有害物质对环境的污染，且可以大规模的利用电解锰渣，实现电解锰渣的资源化利用，有利于工业化生产免烧砖。
本发明的第二个目的是在于提供一种免烧砖的制备方法，该方法原料易得，成本低，可以借用现有的免烧砖成型工艺，大大降低了免烧砖的生产成本，有利于工业化生产。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种电解锰渣免烧砖，其包括以下质量百分比组分原料，通过挤压固化成型得到：胶结剂M15％～17％，电解锰渣27％～41％，废石30％～40％，水14％～16％；所述胶结剂M由以下质量百分比组分组成：电解锰渣35％～45％，石灰1％～6％，水淬渣35％～54％，水泥熟料10％～15％。
优选的方案，所述胶结剂M由以质量百分比组分组成：电解锰渣38％～42％，石灰2％～5％，水淬渣40％～50％，水泥熟料11％～14.2％。本发明的胶结剂M各组分之间协同作用明显，能够提高对锰渣的固结能力，同时获得高强度、耐水性好的免烧砖。胶结剂M中石灰在反应过程中可释放大量水化热，同时提供碱性环境，破坏水泥熟料和水淬渣的化学键，从而加快反应进程。水泥熟料在水介质的作用下，形成极性离子OH-，使水淬渣溶解和解体，也是一种碱性激发剂，而水淬渣是高炉热熔矿遭用水急速冷却后变成疏松的粒状渣，表面粗糙多孔，比表面大，反应活性高，可以明显提高胶结剂M的粘结能力，以获得高强度、耐水性好的免烧砖。而一般的高炉渣的活化性能较水淬渣低，难以获得高强度、耐水性好的免烧砖。
优选的方案，免烧砖由以下质量百分比组分原料组成：胶结剂M15.4％～16.8％，电解锰渣(泥)29％～38％，废石31％～37％，水14.1％～15.4％。
优选的方案，所述废石的粒径为5～10mm，粒径过大会导致孔隙率过大，粒径过小会导致所制免烧砖强度降低。
本发明还提供了一种电解锰渣免烧砖的制备方法，其包括以下步骤：
1)将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料混合，碾磨，得到胶结剂M；
2)将胶结剂M、电解锰渣、废石、水搅拌均匀后，采用制砖机挤压成型，得到砖胚，自然风干，即得。
优选的方案，碾磨粒度满足：过40μm筛网，筛余量小于2％(质量百分比含量)。
优选的方案，搅拌时间为搅拌2～5min。
优选的方案，成型压力为5～15MPa，达到成型压力后稳压1～5min。在优选的压力范围内使物料颗粒在稳压环境下更好的咬合，且在压力条件下，胶结材料颗粒可产生滑动位移，较小的颗粒被压入较大颗粒的空隙中，将这些空隙填充，使胚体达到高密实度，最终实现高强度。
本发明的电解锰渣免烧砖的具体制备方法如下：将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料按照一定的比例混合均匀，再用SM-500试验磨碾磨制成胶结剂M，再将胶结剂M、电解锰渣、废石、水按照一定的比例依次放入砂浆搅拌机，搅拌2～5min后送入制砖机，采用挤压成型，成型压力为15～25MPa，达到成型压力后稳压1～5min后，卸载，制成砖胚，送至堆存场地，避免阳光直射和雨淋，自然风干7天后，成为成品砖；其中，胶结剂M以质量百分比计包括下述组分：电解锰渣：35％～45％；石灰：1％～6％；水淬渣：35％～54％；水泥熟料：10％～15％；所述免烧砖砖以质量百分比计包括以下组分：胶结剂M：15％～17％；电解锰渣(泥)：27％～41％；废石：30％～40％；水：14％～16％。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1.本发明所制成的免烧砖的抗压强度较高，能很好的代替普通砖。
2.本发明能消纳大量的固体废弃物电解锰渣，减少锰渣的堆存量，减少环境的污染，达到“无害化、减量化、资源化”的目标。
3.本发明制成的免烧砖能够很好的固结电解锰渣中的有毒有害成分，养护至28d后各类重金属浸出浓度均远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)和《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》(GB8978-1996)的标准限值，具有良好的市场发展前景。
4.本发明可直接使用现有的工艺，无需购买新设备，操作简单，且电解锰渣的大量使用，降低了免烧砖的成本，可实现粘土的零添加。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
取广西某锰矿业有限公司的电解锰渣，将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料按照40:3:45:12的比例混合均匀，再用SM-500试验磨碾磨制成胶结剂M，再将胶结剂M、电解锰渣、5～10mm废石、水按照15:29:40:16的比例依次放入砂浆搅拌机，搅拌3min后送入制砖机，采用LM-02型数字式测力仪上进行挤压成型，选取20MPa成型压力，达到成型压力后稳压3min后卸载，制成砖胚。送至堆存场地，避免阳光直射和雨淋，自然风干7天后，成为成品砖。测得其抗压强度为21.08MPa，达到了免烧砖的强度标准。
养护该免烧砖至28d，采用HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》对该免烧砖进行重金属毒性检测分析，结果如下表：
另取两组免烧砖，在水饱和状态下和干燥状态下的强度分别是25.39MPa、28.54MPa，其软化系数为0.89，说明该免烧砖的耐水性较好。
实施例2
取广西某锰矿业有限公司的电解锰渣，将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料按照40:3:45:12的比例混合均匀，再用SM-500试验磨碾磨制成胶结剂M，再将胶结剂M、电解锰渣、废石、水按照15:36:35:14的比例依次放入砂浆搅拌机，搅拌3min后送入制砖机，采用LM-02型数字式测力仪上进行挤压成型，选取20MPa成型压力，达到成型压力后稳压3min后卸载，制成砖胚。送至堆存场地，避免阳光直射和雨淋，自然风干7天后，成为成品砖。测得其抗压强度为17.24MPa，达到了免烧砖的强度标准。
免烧砖进行重金属毒性检测分析
另取两组免烧砖，在水饱和状态下和干燥状态下的强度分别是19.21MPa、21.34MPa，其软化系数为0.90，说明该免烧砖的耐水性较好。
实施例3
取广西某锰矿业有限公司的电解锰渣，将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料按照40:3:45:12的比例混合均匀，再用SM-500试验磨碾磨制成胶结剂MM，再将胶结剂MM、电解锰渣、废石、水按照15:39:30:16的比例依次放入砂浆搅拌机，搅拌3min后送入制砖机，采用LM-02型数字式测力仪上进行挤压成型，选取20MPa成型压力，达到成型压力后稳压3min后卸载，制成砖胚。送至堆存场地，避免阳光直射和雨淋，自然风干7天后，成为成品砖。测得其抗压强度为12.89MPa，达到了免烧砖的强度标准。
对比例1
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：采用等量的水泥替代本发明所设计的胶结剂M，最终制得成品砖。其抗压强度为15.27MPa。
对比例2
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：胶结剂M中电解锰渣、水淬渣、水泥熟料、石灰按照40:5:45:10的比例混合，得到的成品砖的强度为6.94MPa。
对比例3
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：采用等量的高炉渣替代水淬渣，最终制得成品砖。其抗压强度为16.09MPa。
以上实施例的说明知识用于帮助理解本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，并不用以限制本发明。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进、组合等、均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电解锰渣免烧砖，其特征在于：包括以下质量百分比组分原料，通过挤压固化成型得到：
胶结剂M15％～17％，
电解锰渣27％～41％，
废石30％～40％，
水14％～16％；
所述胶结剂M由以下质量百分比组分组成：
电解锰渣35％～45％，
石灰1％～6％，
水淬渣35％～54％，
水泥熟料10％～15％。
2.根据权利要求1所述的一种电解锰渣免烧砖，其特征在于：
所述胶结剂M由以质量百分比组分组成：
电解锰渣38％～42％，
石灰2％～5％，
水淬渣40％～50％，
水泥熟料11％～14.2％。
3.根据权利要求1或2所述的一种电解锰渣免烧砖，其特征在于：所述废石的粒径为5～10mm。
4.权利要求1～3任一项所述的一种电解锰渣免烧砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将电解锰渣、石灰、水淬渣、水泥熟料混合，碾磨，得到胶结剂M；
2)将胶结剂M、电解锰渣、废石、水搅拌均匀后，采用制砖机挤压成型，得到砖胚，自然风干，即得。
5.根据权利要求4所述的一种电解锰渣免烧砖的制备方法，其特征在于：碾磨粒度满足：过40μm筛网，筛余量小于2％。
6.根据权利要求4所述的一种电解锰渣免烧砖的制备方法，其特征在于：搅拌时间为搅拌2～5min。
7.根据权利要求4所述的一种电解锰渣免烧砖的制备方法，其特征在于：成型压力为15～25MPa，达到成型压力后稳压1～5min。
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