CN114507062A - 一种电解锰渣与页岩的烧结制品及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电解锰渣与页岩的烧结制品及其生产方法，包括：按照重量份数计的50‑70份的页岩、30‑50份的电解锰渣、12‑20份的碳酸钡。其生产方法包括电解锰渣预处理、配料、陈化、挤压成型、干燥、焙烧等工序。本烧结制品能够实现电解锰渣固废资源的规模化应用，在电解锰渣与页岩的烧结制品中，有效的解决制品干燥收缩率较大，出现开裂现象，且强度低的问题，可消除或减轻成品泛霜危害，避免制品表面形成难看的白斑。

Description

一种电解锰渣与页岩的烧结制品及其生产方法
技术领域
本发明涉及电解锰渣的资源化利用领域，特别涉及一种电解锰渣与页岩的烧结制品及其生产方法。
背景技术
我国电解锰企业目前处理锰渣的方式基本上都是填埋处理，填埋处置的关键在于渣场的建设，我国对于渣场修建有严格的规定，按照 《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599-2020) 执行，对规模1万吨/年的电解锰企业，按标准设计和建立的锰渣堆放场，仅防渗系统和渗滤液收集系统，投资就将上千万元，再加上每年上百万的维护成本，企业难以承担。因此，目前国内许多企业建设渣库时，并未严格按照该标准建设，一般都是随意选定某个山谷作为堆放场，有些甚至占用耕地，相当多的锰渣堆放场堆放方式原始，有的渣坝甚至是用当地石头直接垒成的，锰渣越坝、渍坝隐患十分严重；渣场底层无任何防渗措施，锰渣中各种污染物极易渗漏到周围环境中，存在极大的安全隐患。但由于许多电解锰企业的锰渣堆放场选址不合理、设计不规范等原因，大部分锰渣堆放场已经无法容纳更多的电解锰渣，大量的电解锰渣不断累积。
广西是锰矿资源大省，有较多的电解锰企业，目前对电解锰渣的处理有着急迫的需求。电解锰渣的资源化利用有助于提升固废的消化吸收、产业化转型升级，对环境安全具有重大的意义。因此，如何对电解锰渣进行综合资源化利用已成为企业持续发展重中之重。目前电解锰渣资源化利用方式主要有：回收电解锰中的锰元素，制作全价化肥，代替天然石膏作为水泥缓凝剂，制备墙体材料、微晶玻璃、多孔陶瓷，用作铺路材料等等。总体上，锰渣资源化利用方式途径很多，但实际形成工业化生产不多，主要原因为：一是目前已研究出的资源化方式中，锰渣掺量不高，效果不明显，整体经济效益低；二是锰渣中的重金属离子、铵盐、可溶性锰等有毒有害物质多，需进行预处理去除，前端预处理工序投资高；三是堆放渣场中的锰渣一般含水率高、颗粒细小，同时粘稠性大，不易破碎和打散，需有专门破碎和搅拌设备，同时为避免氨气污染，要求设备全封闭等等，环保投入成本较高等。
目前，将电解锰渣与页岩制备烧结制品是电解锰渣应用的途径之一，然而直接利用电解锰渣-页岩制备烧结制品时，电解锰渣与页岩的掺量比要低于2:8时，高于该比例，随着锰渣单掺比例增大，坯料中钙含量偏高，制品干燥收缩率较大，出现开裂现象，且强度急剧下降。本发明针对当前电解锰渣资源规模化利用率低、烧结制品收缩率高、抗压强度低等问题，开展了大量的电解锰渣资源化调研与应用研究。
发明内容
本发明针对现有电解锰渣烧结制品存在的问题，提供了一种电解锰渣与页岩的烧结制品及其生产方法。
本发明实现方式：一种电解锰渣与页岩的烧结制品，包括：按照重量份数计的50-70份的页岩、30-50份的电解锰渣及12-20份的碳酸钡。申请人在前期研究中，对锰渣成分、性能进行了充分的测试与论证，电解锰渣中硫酸盐的含量约为20%。由于锰渣中成分复杂，主要成分为SiO2，其性质很稳定，为了消除锰渣各组分的影响，确定碳酸钡最佳参入量，通过用石膏（CaSO4）代替电解锰渣与碳酸钡进行反应试验，得出碳酸钡添加量，得出结果后，按锰渣中硫酸盐含量进行折算，确定碳酸钡最佳掺量为电解锰渣的40%左右。
进一步的，按照重量份数计的60份的页岩、40份的电解锰渣及16份的碳酸钡，在该配比条件下，所获得的烧结制品综合性能较好。
进一步的，一种电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法，包括如下步骤：（1）预处理：将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量20-30%的水进行搅拌，之后在40℃-70℃的条件下放置40-80分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量18%-22%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置18-36小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥2-5天，再放入烘干设备中烘干1-3天，烘干温度为：90-95℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至900℃-1050℃下保温1-1.5小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品。本方法中，通过在40℃-70℃的条件下放置40-80分钟，对电解锰渣进行预处理，可以高效的去除电解锰渣中的硫酸盐。在陈化阶段，添加的水料比为18%-22%时，获得的烧结制品性能优异，水料比过高时，制品吸水率高，后续的挤压成型的坯样易变性，稳定性差，水料比过低时，陈化效果不佳。
进一步的，所述焙烧过程中采用分段升温，第一段由室温升高到200℃-300℃，保温0.5小时，第二段由200℃-300℃升高到500℃-700℃，保温0.5小时，第三段由500℃-700℃升高到900℃-1050℃，保温1-1.5小时。
进一步的，所述焙烧过程中升温速率为5℃/分钟。
本发明中，在经过理论分析和试验研究的基础上，发现预处理的反应时间、反应温度以及碳酸钡的掺入量对去除电解锰渣中的硫酸钙均有较大的影响，申请人在进行理论分析和大量试验后确定预处理温度为40℃-70℃、预处理时间为40-80分钟，此时对硫酸根的固化效果比较好，且预处理过程消耗能源、材料少。在电解锰渣与页岩的烧结制品制备中，通过锰渣掺量、焙烧温度等参数的大量的试验验证，电解锰渣与页岩的用量比在3:7以上，最高可达1:1，获得的烧结制品在收缩率、抗压强度等性能方面满足相关的要求。
本发明的有益效果：（1）本发明采用碳酸钡对电解锰渣进行预处理，碳酸钡和可溶性硫酸盐作用后生成的硫酸钡能使坯体中残余的可溶性硫酸盐固结，反应生成物硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁基本不溶于水，因而他们也不会随水分迁移到制品表面引起泛霜，反应生成的细分散碳酸钙含量低于35%时，不会引起烧结制品爆裂的现象，原料中钠盐和钾盐的含量很低，它们对制品表面泛霜的影响不大。（2）掺入碳酸钡不仅可以消除或减轻成品泛霜危害，这些可溶硫酸盐在干燥时也不能移到坯体表面形成难看的白斑。（3）碳酸钡的添加量为锰渣的40%左右，预处理温度为40℃-70℃、预处理时间为40-80分钟，此时，有利于提升电解锰渣用量，改善烧结制品表面形态、抗压强度和收缩率。（4）本发明通过碳酸钡对锰渣预处理后，可提高锰渣固废资源的用量，极大的提高电解锰渣与页岩的用量比，为电解锰渣的规模化应用提供方向。（5）由于硫酸钡的熔点为1580℃，分解温度超过1600℃，因此烧结制品煅烧时，不会出现硫酸钡分解生成SO2的反应，避免了对空气的污染，降低了烧结制品收缩率过大导致开裂的风险。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1：
一种电解锰渣与页岩的烧结制品，包括：按照重量份数计的50份的页岩、50份的电解锰渣及20份的碳酸钡。
电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法包括如下步骤：（1）将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量20%的水进行搅拌，之后在70℃的条件下放置40分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料中，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量20%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置36小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥5天，再放入烘干设备中烘干1天，烘干的温度为95℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至1050℃，保温1小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品。
实施例2：
一种电解锰渣与页岩的烧结制品，包括：按照重量份数计的60份的页岩、40份的电解锰渣及16份的碳酸钡。
电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法包括如下步骤：将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量25%的水进行搅拌，之后在60℃的条件下放置60分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料中，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量18%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置24小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥3天，再放入烘干设备中烘干2天，烘干的温度为93℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至1000℃，保温1小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品，所述焙烧过程中采用分段升温，第一段由室温升高到300℃，保温30分钟，第二段由200℃升高到700℃，保温30分钟，第三段由700℃升高到1000℃，保温60分钟。
实施例3：
一种电解锰渣与页岩的烧结制品，包括：按照重量份数计的70份的页岩、30份的电解锰渣及12份的碳酸钡。
电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法包括如下步骤：（1）预处理：将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量30%的水进行搅拌，之后在40℃的条件下放置80分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量22%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置18小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥2天，再放入烘干设备中烘干3天，烘干的温度为90℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至900℃，保温1.5小时后，随炉冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品；所述焙烧过程中采用分段升温，升温速率为5℃/分钟，第一段由室温升高到200℃，保温30分钟，第二段由200℃升高到500℃，保温30分钟，第三段由500℃升高到900℃，保温60分钟。
实施例4：
一种电解锰渣与页岩的烧结制品，包括：按照重量份数计的55份的页岩、45份的电解锰渣及18份的碳酸钡。
电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法包括如下步骤：（1）预处理：将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量28%的水进行搅拌，之后在50℃的条件下放置65分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量18%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置28小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥4天，再放入烘干设备中烘干2天，烘干温度为90℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，烧结温度为1000℃，保温时间为1.5小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品，所述焙烧过程中采用分段升温，升温速率为5℃/分钟，第一段由室温升高到250℃，保温30分钟，第二段由250℃升高到600℃，保温30分钟，第三段由600℃升高到1000℃，保温60分钟。
对比例：
电解锰渣与页岩烧结制品，按照重量份数计的80份的页岩、20份的电解锰渣。生产方法包括如下步骤：（1）陈化：按配比将页岩和电解锰渣加入到搅拌设备中，加入占页岩与电解锰渣总重量20%的水，搅拌后将所有物料密封保存，静置24小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥3天，再放入烘干设备中烘干2天，烘干温度为90℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至1000℃，保温1小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品。
将实施例1-实施例4及对比例，在挤出成型工序中，采用60型砖机挤出成型，挤出尺寸为240×190×90mm的多孔砖，孔洞率为32-36%，烘干及煅烧设备为：断面5.2米带余热烘干窑的标准隧道窑。对获得的烧结制品进行线收缩率、总收缩率及抗压强度进行测试，测试结果如表1所示。
表1 实施例1-实施例4及对比例烧结制品性能测试结果
组别 线收缩率 总收缩率 抗压强度
实施例1 4.94% 8.19% 16.54MPa
实施例2 4.88% 8.31% 15.12MPa
实施例3 5.96% 9.24% 12.34MPa
实施例4 4.91% 8.38% 14.52MPa
对比例 6.03% 9.46% 12.15%MPa
通过表1测试结果可知，与对比例相比，电解锰渣经过碳酸钡预处理后，烧结制品中电解锰渣的添加量得到了极大的提升，且获得的制品在收缩率与抗压强度方面也均有较大的提升。经检测电解锰渣烧结页岩多孔砖强度等级达到MU15，密度等级为1200级，各项性能均满足《烧结多孔砖和多孔砌块》（GB13544-2011）相关要求，产品质量合格。

Claims (4)

1.根据权利要求1所述的一种电解锰渣与页岩的烧结制品，其特征在于，包括：按照重量份数计的60份的页岩、40份的电解锰渣及16份的碳酸钡。
2.根据权利要求1-2任一项所述的一种电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理：将碳酸钡与电解锰渣按配比称重，放入搅拌设备，并加入占电解锰渣与碳酸钡总重量20-30%的水进行搅拌，之后在40℃-70℃的条件下放置40-80分钟；（2）陈化：按配比将页岩加入到预处理后的混合料中，再加入占电解锰渣、碳酸钡与页岩总重量18%-22%的水进行充分搅拌，搅拌后将所有物料密封保存，静置18-36小时；（3）挤压成型：将陈化后的物料按烧结制品要求的形状和尺寸进行挤出成型；（4）干燥：将挤出成型的坯样在自然室温下干燥2-5天，再放入烘干设备中烘干1-3天，烘干温度为90-95℃；（5）焙烧：将干燥后的坯样放入焙烧设备中，加热至900℃-1050℃，保温1-1.5小时后，自然冷却至室温，得到电解锰渣与页岩的烧结制品。
3.根据权利要求3所述的一种电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法，其特征在于，所述焙烧过程中采用分段升温，第一段由室温升高到200℃-300℃，保温0.5小时，第二段由200℃-300℃升高到500℃-700℃，保温0.5小时，第三段由500℃-700℃升高到900℃-1050℃，保温1-1.5小时。
4.根据权利要求3所述的一种电解锰渣与页岩的烧结制品的生产方法，其特征在于，所述焙烧过程中升温速率为5℃/分钟。
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