CN116375383A - 一种电解锰渣制备水泥外加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解锰渣制备水泥外加剂及其制备方法，属于固体废弃物资源化利用的技术领域。一种电解锰渣制备水泥外加剂所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣60～80份、减水剂20～40份。其中脱除电解锰渣中氨氮和锰所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16～45份、柠檬酸4～10份、纯水45～80份。一种电解锰渣制备水泥外加剂的制备方法包括以下步骤：通过机械振荡以浸取的方式将电解锰渣中的氨氮和锰去除，随后将脱除氨氮和锰的电解锰渣与减水剂按照上述配方比例混合制成水泥外加剂。本发明制备的水泥外加剂缓凝性能良好、减水率高。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用的技术领域，特别是涉及一种电解锰渣制备水泥外加剂及其制备方法。
背景技术
水泥外加剂是一类通过影响水泥水化反应，从而弥补水泥自身缺陷、改善水泥制品性能的物质，包括缓凝剂、早强剂、减水剂等。其中最常用于延缓水泥水化速率的材料是天然石膏。天然石膏对于水泥的水化反应能起到显著的缓凝效果，其主要成分为二水硫酸钙，二水硫酸钙能够快速溶解并迅速与水泥的铝酸三钙水化产生的凝胶反应生成钙矾石，包裹在铝酸三钙矿物颗粒的表面，起到隔离水的作用，从而延缓铝酸三钙的进一步水化反应。而固废电解锰渣中含有大量的二水硫酸钙，经过除杂后可以作为水泥的缓凝剂使用。
但电解锰渣中含有的氨氮和锰在水泥水化过程中会释放出来从而污染环境。所以必须对电解锰渣做适当处理才能将这种固体废弃物变废为宝。现有技术是用生石灰处置电解锰渣，虽然能够去除氨氮，但是去除率不高，也不能解决其中含有残余锰离子的问题。而水洗法虽然能同时去除氨氮和锰，但存在用水量大、去除率低等问题，同时产生的废水也需要经过处理才能排放。要实现电解锰渣的大规模资源化利用，关键在于如何快速高效地去除其含有的氨氮和锰等杂质。
发明内容
本发明的目的是提供种电解锰渣制备水泥外加剂及其制备方法，以解决上述技术背景中提到的问题，从而减少电解锰渣对环境的危害并促进电解金属锰行业的健康发展。
本发明中的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种电解锰渣制备的水泥外加剂，所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣60～80份、减水剂20～40份，其中脱除电解锰渣中氨氮和锰所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸1.6～4.8份、纯水80份。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸钠。
优选的，所述柠檬酸为含量99.5％的无水柠檬酸固体粉末。
一种电解锰渣制备水泥外加剂的方法，包括以下步骤：
(1)电解锰渣中氨氮和锰的脱除
第一步、在鼓风式恒温干燥箱下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，用300r/min的频率振荡20～50min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在进行烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣；
(2)将脱除氨氮和锰的电解锰渣与减水剂混合制成水泥外加剂。
优选的，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第一步中鼓风式恒温干燥箱内的温度为80℃。
优选的，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第一步中所述滤饼进行烘干时的温度为75℃。
优选的，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第二步中锥形瓶内部温度为20-40℃优选的，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第二步中所采用的振荡方式为机械水平振荡。
所述水泥外加剂在制备水泥中应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在脱除电解锰渣中氨氮和锰时，采用的机械水平振荡方式能够使锥形瓶在一个振荡周期下反应体系的运动方向改变两次，每次方向变化时产生大量的高能涡流，使固、液两相充分混合，均质化程度最高，氨氮浸出效果更好，溶液中的柠檬酸也能够与高价态锰反应更充分。
2、本发明在脱除电解锰渣中氨氮和锰时提出将柠檬酸作为助剂，并且调整柠檬酸与纯水的比例还能够大大减少纯水的用量。在做到有效去除电解锰渣氨氮和锰的同时，又减少了用水量，实现了电解锰渣这种固体废弃物资源化利用的高效性。
3、本发明将脱除氨氮和锰的电解锰渣与减水剂(木质素磺酸钠)复合在一起，通过这两种物质相互协作从而有效的延长了水泥凝结时间，减少水泥拌和用水量，并且对水泥凝结后的抗压强度有一定的提升。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种电解锰渣制备水泥外加剂的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了方便本领域技术人员实施本发明，现对本发明实施例采用药品与试剂说明，具体如下
对比例一：
一种脱除氨氮和锰的电解锰渣所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸4份、纯水80份。
电解锰渣中氨氮和锰的脱除包括以下步骤：
第一步、在鼓风式恒温干燥箱80℃下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，在25℃的温度下用300r/min的频率用机械振荡的方式反应30min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在75℃下烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣样品1；
对比例二：
一种脱除氨氮和锰的电解锰渣所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸4份、纯水80份。
电解锰渣中氨氮和锰的脱除包括以下步骤：
第一步、在鼓风式恒温干燥箱80℃下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，在25℃的温度下用300r/min的频率用磁力搅拌的方式反应30min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在75℃下烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣样品2；
对比例三：
一种脱除氨氮和锰的电解锰渣所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸4份、纯水80份。
电解锰渣中氨氮和锰的脱除包括以下步骤：
第一步、在鼓风式恒温干燥箱80℃下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，在25℃的温度下用300r/min的频率用超声搅拌的方式反应30min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在75℃下烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣样品3；
对比例四：
一种脱除氨氮和锰的电解锰渣所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸1.6份、纯水80份。
电解锰渣中氨氮和锰的脱除包括以下步骤：
第一步、在鼓风式恒温干燥箱80℃下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，在25℃的温度下用300r/min的频率用机械振荡的方式反应30min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在75℃下烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣样品4；
对比例五：
一种脱除氨氮和锰的电解锰渣所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸4.8份、纯水80份。
电解锰渣中氨氮和锰的脱除包括以下步骤：
第一步、在鼓风式恒温干燥箱80℃下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，在25℃的温度下用300r/min的频率用机械振荡的方式反应30min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在75℃下烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣样品5；
实施例一：
一种利用脱除氨氮和锰的电解锰渣制备水泥外加剂所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣60份、减水剂40份。
将对比例一获得的60份脱除氨氮和锰的电解锰渣与40份减水剂(木质素磺酸钠)混合制成水泥外加剂样品a。
实施例二：
一种利用脱除氨氮和锰的电解锰渣制备水泥外加剂所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣70份、减水剂30份。
将对比例一获得的70份脱除氨氮和锰的电解锰渣与30份减水剂(木质素磺酸钠)混合制成水泥外加剂样品b。
实施例三：
一种利用脱除氨氮和锰的电解锰渣制备水泥外加剂所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣80份、减水剂20份。
将对比例一获得的80份脱除氨氮和锰的电解锰渣与20份减水剂(木质素磺酸钠)混合制成水泥外加剂样品c。
实施例四：
将70份天然石膏与20份减水剂(木质素磺酸钠)混合制成水泥外加剂样品d。
本发明实验根据国家标准《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)对五个对比例中柠檬酸浸出前后的电解锰渣做毒性浸出，氨氮和锰分别根据《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》(HJ535-2009)和《水质锰的测定高碘酸钾分光光度法》进行测定。
从表1可以看出未经过处理的电解锰渣氨氮和锰离子的浓度分别为900.8mg/L和690.3mg/L，远远超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的二级氨氮标准25mg/L和三级总锰标准5.0mg/L，必须经过处理才能进行资源化利用。
对比例一、二和三采用单一变量因素实验，在机械振荡、磁力搅拌、超声搅拌的不同搅拌方式下，采用机械振荡方式的电解锰渣氨氮和锰离子脱除率分别达到了97.94％、94.57％，比磁力搅拌和超声搅拌下的氨氮和锰脱除率都高。
对比例一、四和五采用单一变量因素实验，探究在不同柠檬酸含量下电解锰渣的氨氮和锰的脱除率。结果表明柠檬酸含量为电解锰渣含量的25％时，氨氮和锰脱除率分别为97.94％、94.57％；柠檬酸含量为电解锰渣含量的30％时，氨氮和锰脱除率分别为98.45％、95.61％。这说明柠檬酸含量增加了5％，氨氮和锰的脱除率仅增加了0.51％、1.04％，考虑到成本问题，故柠檬酸用量最佳为电解锰渣含量的25％。
表1不同电解锰渣样品氨氮和锰离子的含量及脱除率
将上述实施例中的样品a、b、c、d各取2.5wt％与水泥P·O 42.5混合，在25℃、转速1500r/min下搅拌10h，混合均匀后制备40mm*40mm*160mm水泥试块，并制备未掺样品的水泥试块做空白对照。
根据国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》(GB/T 1346-2001)和《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T 17671-1999)测定不同样品对水泥标准稠度用水量、凝结时间、强度的影响。
从上述样品中得到下表数据。
表2测试样品对水泥的凝结时间、标准稠度、强度等性能的影响
从以上五个样品的对比情况可知，本发明所制备得到的水泥外加剂对水泥缓凝、减水以及强度的提升效果显著，与天然石膏制备的外加剂效果相差不大。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种电解锰渣制备的水泥外加剂，其特征在于：所需的原料由以下重量份配比的组分制备：脱除氨氮和锰的电解锰渣60～80份、减水剂20～40份，其中脱除电解锰渣中氨氮和锰所需的原料包括以下质量份数的组分：电解锰渣16份、柠檬酸1.6～4.8份、纯水80份。
2.根据权利要求1所述的一种利用脱除氨氮和锰的电解锰渣制成的水泥外加剂，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种利用脱除氨氮和锰的电解锰渣制成的水泥外加剂，其特征在于，所述柠檬酸为含量99.5％的无水柠檬酸固体粉末。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的电解锰渣制备水泥外加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)电解锰渣中氨氮和锰的脱除
第一步、在鼓风式恒温干燥箱下将电解锰渣恒温干燥72h，随后在料球比1:1的比例下用行星式球磨机球磨4h，过200目筛；
第二步、将电解锰渣、柠檬酸、纯水按照上述配方加入到锥形瓶中，用300r/min的频率振荡20～50min；
第三步、将第二步反应后的电解锰渣进行过滤得到滤饼，在进行烘干，粉磨后过200目筛即得脱除氨氮和锰的电解锰渣；
(2)将脱除氨氮和锰的电解锰渣与减水剂混合制成水泥外加剂。
5.根据权利要求4所述的一种电解锰渣制成的水泥外加剂的制备方法，其特征在于，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第一步中鼓风式恒温干燥箱内的温度为80℃。
6.根据权利要求4所述的一种电解锰渣制成的水泥外加剂的制备方法，其特征在于，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第一步中所述滤饼进行烘干时的温度为75℃。
7.根据权利要求4所述的一种电解锰渣制成的水泥外加剂的制备方法，其特征在于，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第二步中锥形瓶内部温度为20-40℃。
8.根据权利要求4所述的一种电解锰渣制成的水泥外加剂的制备方法，其特征在于，所述电解锰渣脱除氨氮和锰的第二步中所采用的振荡方式为机械水平振荡。
9.根据权利要求1所述的一种电解锰渣制备的水泥外加剂，其特征在于，所述水泥外加剂在制备水泥中应用。
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