CN115594424B - 一种低熟料高电解锰渣胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属冶炼技术领域，具体公开了一种低熟料高电解锰渣胶凝材料及其制备方法，该方法以电解锰压滤渣的低成本高掺量利用为目的，将5~25%硅酸盐水泥熟料、15~60%预处理电解锰渣和20~75%活化锰渣混合粉磨后得到胶凝材料。本发明所得胶凝材料中电解锰渣添加量最高达95%，减少了水泥熟料的用量，可作为建筑抹灰砂浆、路基材料、矿山充填材料等广泛使用，且能根据使用场景调节胶凝材料的凝结时间和强度，该方法处理工艺简单、成本低、电解锰渣消纳量大，具有可观的经济、环境和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体涉及一种低熟料高电解锰渣胶凝材料及其制备方法。
背景技术
电解锰压滤渣是电解金属锰生产过程中锰矿石经酸解、中和、除杂和压滤后产生的废渣，具有含水率高、粘度大和活性低等特点。随着优质锰矿资源的日益枯竭，每生产1吨电解锰产生的压滤渣高达10~12吨，截至2018年，全球电解锰渣总量约为1.5亿吨，并以1000吨/年的速度增加。大量的电解锰渣在堆存过程中，其中的NH4 +-N、Mn2+、Cu2+、Zn2+等污染物容易进入水体、土壤和空气中，污染周边环境，破坏当地生态平衡，危害人体健康。因此，从源头上解决电解锰压滤渣排放所造成的环境污染、生态破坏和安全隐患问题，实现电解锰压滤渣的资源化利用是电解锰行业生存和发展必须解决的问题，具有重大的意义。
电解锰渣中主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaSO4·2H2O、MnO2、MgO等，可经一定处理后实现资源化利用。目前，电解锰渣资源化利用技术研究可以分为以下几个方面：①利用电解锰渣制备建筑材料，例如用于制备水泥熟料或作为水泥添加剂制备水泥，制备免烧砖等；②利用电解锰渣制备肥料；③回收可溶性锰；④综合利用，例如利用电解锰渣先回收锰，再回收铵盐、镁盐，余下锰渣可全部用于制备建筑材料等。其中，利用电解锰渣制备建筑材料具有消耗量大的显著优势，市场前景巨大。
公开号为CN 110642543A的专利公开了一种电解锰渣生产的碱性胶凝材料。该专利的制备方法为首先采用碱性激发剂对电解锰渣中剩余水溶性锰、重金属等进行激发、固化，与此同时促使锰渣中的硫酸铵的氨转化为氨气回收作为电解锰原料；经过激发、固化后的电解锰渣通过添加骨料、改性凝胶剂和其他组份，经过均化、筛分获得符合要求的碱性胶凝材料。该方法处理电解锰渣消纳量不大，处理工艺较为复杂。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种处理工艺简单、成本低、可实现电解锰压滤渣的大规模消纳利用的低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法。
本发明另一目的在于提供一种低熟料高电解锰渣胶凝材料。
本发明提供技术方案如下：
一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将电解锰渣进行预处理脱氨，得到预处理电解锰渣；
S2.将步骤S1所得预处理电解锰渣在150~750℃下进行热处理活化，得到活化锰渣；
S3.将步骤S1所得预处理电解锰渣、步骤S2所得活化电解锰渣和硅酸盐水泥熟料混合粉磨，得到胶凝材料。
进一步的，步骤S3中，所述胶凝材料包括质量分数为15~60%预处理电解锰渣、20~75%活化锰渣和5~25%水泥熟料。
进一步的，步骤S3中，粉磨装置为球磨机、棒磨机、自磨机、振动磨机、搅拌磨机、悬辊粉碎机（雷蒙磨）、塔式磨机、胶体磨机、离心磨机和高压（挤压）盘磨机等气流粉碎机等其中的一种或多种。
进一步的，步骤S2中，所述热处理活化温度为300~600℃。
进一步的，步骤S2中，所述热处理活化时间为0.5~4h。
本发明将预处理脱氨后的电解锰渣在较低温度下进行热处理活化，使锰渣中二水石膏可控脱水生成半水石膏/无水石膏。由于不同晶型的二水石膏、半水石膏和无水石膏的溶解性不同、水化硬化行为及其产物强度不同，因此，通过将热处理活化电解锰渣和预处理电解锰渣复配使用，再添加适量水泥熟料粉磨后则可得到具有一定强度的低熟料高电解锰渣胶凝材料。
进一步的，步骤S1具体为：添加适量石灰、水和电解锰压滤渣混匀陈化后淋洗、过滤、干燥得到预处理电解锰渣。进一步优选所述石灰添加量为电解锰渣的1~3wt.%，水为电解锰渣的30~150 wt.%；所述陈化时间为1~8h。
进一步的，淋洗过程，所述淋洗液为石灰水、自来水或去离子水，进一步优选所述淋洗液的用量为所述电解锰渣的80~300 wt.%。
本发明还公开了一种上述低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法制备得到的胶凝材料，所述胶凝材料比表面积不小于370 m2/kg，所述胶凝材料可作为建筑抹灰砂浆、路基材料、矿山充填材料等广泛使用。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明所述低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法具有电解锰压滤渣消纳量大、处理工艺简单、成本低的特点。
（2）本发明方法制得的胶凝材料中电解锰渣添加量最高达95%，大大减少了水泥熟料的用量，且能根据使用场景对材料的要求，通过调节预处理锰渣、热处理活化锰渣和水泥熟料配比实现胶凝材料的凝结时间和强度可调控。
具体实施方式
本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
实施例1
本实施例公开了一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.准备电解锰压滤渣，往电解锰压滤渣中加入石灰和水进行混合，其中：石灰添加量为电解锰压滤渣的1.5wt.%，水添加量为电解锰压滤渣的40wt.%，待混合均匀后陈化6h，将陈化后所得物料过滤，用所述电解锰压滤渣150wt.%的饱和石灰水进行洗涤，再过滤，最后于80℃烘箱中烘干，得到预处理锰渣；
S2.将部分在步骤S1所得预处理电解锰渣置于600℃马弗炉中热处理1h，得到活化锰渣；
S3.按重量百分含量，将步骤S1获得的预处理锰渣（35 wt.%）、步骤S2获得的活化锰渣（55 wt.%）及水泥熟料（10 wt.%）混合均匀后进行球磨，得低熟料高电解锰渣胶凝材料。
经检测，该胶凝材料比表面积为420 m2/kg，按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的要求制备40×40×160 mm棱柱试块，水灰比0.5时制备的胶砂试块标准条件养护下三天抗压强度为9.5 MPa，28天强度为15.8 MPa。
实施例2
本实施例公开了一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.准备电解锰压滤渣，往电解锰压滤渣中加入石灰和水进行混合，其中：石灰添加量为电解锰压滤渣的1.8wt.%，水添加量为电解锰压滤渣的55wt.%，待混合均匀后陈化4h，将陈化后所得物料过滤，用所述电解锰压滤渣80wt.%的饱和石灰水进行洗涤，再过滤，最后于60℃烘箱中烘干，得到预处理锰渣；
S2.将部分在步骤S1所得预处理电解锰渣置于300℃马弗炉中热处理2.5h，得到活化锰渣；
S3.按重量百分含量，将步骤S1获得的预处理锰渣（40wt.%）、步骤S2获得的活化锰渣（45wt.%）及水泥熟料（15wt.%）混合均匀后进行球磨，得低熟料高电解锰渣胶凝材料。
经检测，该胶凝材料比表面积为418m2/kg，按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的要求制备40×40×160 mm棱柱试块，水灰比0.45时制备的胶砂试块标准条件养护下三天抗压强度为10.8MPa，28天强度为18.5MPa。
实施例3
本实施例公开了一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.准备电解锰压滤渣，往电解锰压滤渣中加入石灰和水进行混合，其中：石灰添加量为电解锰压滤渣的2.5wt.%，水添加量为电解锰压滤渣的100wt.%，待混合均匀后陈化6h，将陈化后所得物料过滤，用所述电解锰压滤渣100wt.%的饱和石灰水进行洗涤，再过滤，最后于80℃烘箱中烘干，得到预处理锰渣；
S2.将部分在步骤S1所得预处理电解锰渣置于200℃马弗炉中热处理4h，得到活化锰渣；
S3.按重量百分含量，将步骤S1获得的预处理锰渣（60wt.%）、步骤S2获得的活化锰渣（35wt.%）及水泥熟料（5wt.%）混合均匀后进行球磨，得低熟料高电解锰渣胶凝材料。
经检测，该胶凝材料比表面积为427 m2/kg，按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的要求制备40×40×160 mm棱柱试块，水灰比0.4时制备的胶砂试块标准条件养护下三天抗压强度为6.9MPa，28天强度为14.6MPa。
对比例1
本对比例提供一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.准备电解锰压滤渣，往电解锰压滤渣中加入石灰和水进行混合，其中：石灰添加量为电解锰压滤渣的1.8wt.%，水添加量为电解锰压滤渣的55wt.%，待混合均匀后陈化4h，将陈化后所得物料过滤，用所述电解锰压滤渣80wt.%的饱和石灰水进行洗涤，再过滤，最后于60℃烘箱中烘干，得到预处理锰渣；
S2.按重量百分含量，将步骤S1获得的预处理锰渣（85wt.%）及水泥熟料（15wt.%）混合均匀后进行球磨，得低熟料高电解锰渣胶凝材料。
经检测，该胶凝材料比表面积为440 m2/kg，按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的要求制备40×40×160 mm棱柱试块，选取水灰比为0.4制备胶砂试块，制备过程中该胶凝材料凝结时间过快，无法达到成型要求。
对比例2
本对比例提供一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.准备电解锰压滤渣，往电解锰压滤渣中加入石灰和水进行混合，其中：石灰添加量为电解锰压滤渣的1.8wt.%，水添加量为电解锰压滤渣的55wt.%，待混合均匀后陈化4h，将陈化后所得物料过滤，用所述电解锰压滤渣80wt.%的饱和石灰水进行洗涤，再过滤，最后于60℃烘箱中烘干，得到预处理锰渣；
S2.将步骤S1所得预处理电解锰渣置于300℃马弗炉中热处理2.5h，得到活化锰渣；
S3.按重量百分含量，将步骤S2获得的活化锰渣（85wt.%）及水泥熟料（15wt.%）混合均匀后进行球磨，得低熟料高电解锰渣胶凝材料。
经检测，该胶凝材料比表面积为408 m2/kg，按照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的要求制备40×40×160 mm棱柱试块，胶砂试块制备过程发现该胶凝材料需水量极具增加，满足成型要求时其水灰比为0.62，标准条件养护的三天抗压强度为2.8MPa，28天强度为7.2 MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将电解锰渣进行预处理脱氨，得到预处理电解锰渣；
S2.将步骤S1所得预处理电解锰渣在300~600℃下进行热处理活化，得到活化电解锰渣；
S3.将步骤S1所得预处理电解锰渣、步骤S2所得活化电解锰渣和硅酸盐水泥熟料混合粉磨，得到胶凝材料；所述胶凝材料由质量百分数为15~60%预处理电解锰渣、20~75%活化电解锰渣和5~25%硅酸盐水泥熟料组成；
其中：步骤S1中预处理脱氨具体工艺为：添加适量石灰、水和电解锰渣混匀陈化后淋洗、过滤、干燥得到预处理电解锰渣；所述石灰添加量为电解锰渣的1~3wt.%，水为电解锰渣的30~150 wt.%；所述陈化的时间为1~8h。
2.如权利要求1所述低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热处理活化时间为0.5~4h。
3.如权利要求1所述低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法，其特征在于，淋洗液为石灰水、自来水或去离子水，用量为电解锰渣的80~300 wt.%。
4.一种权利要求1~3任一项所述低熟料高电解锰渣胶凝材料的制备方法制备得到的胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料比表面积≥370 m2/kg。
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