CN116835963A - 一种电解锰渣砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废物转变为有用或无害技术领域，公开了一种电解锰渣砖的制备方法，将电解锰渣与氧化镁、氧化钙和水一起球磨，得到初步混合物，再进行煅烧，得到物料A备用；再将物料A进行研磨，再过滤出150目以下的粉末备用；按照5:1:1:1:1～2的重量比配比电解锰渣粉末、粘土、陶粒、水泥和水，并混合均匀，再制成生胚；最后对生胚进行预热，再进行烧制，得到电解锰渣砖。本发明能够提高电解锰渣的消纳量，同时能够实现电解锰渣内的游离锰离子固化，减少锰逃逸对土壤、环境或人体造成不良的影响。
Description
技术领域
本发明属于固体废物转变为有用或无害技术领域，具体涉及一种电解锰渣砖的制备方法。
背景技术
我国是全球最大的电解锰生产国、消费国和出口国，电解锰的产量约占世界锰总量的98％。在电解锰的过程中，锰矿粉晶硫酸浸出后，矿浆固液分离会产生含水量28％左右的湿法浸出渣，即电解锰渣。
电解锰渣的处理方式主要有填埋法和固化法，填埋法即直接将电解锰渣进行填埋，这种方式会导致大面积的土地资源被占用；而且，电解锰渣中含有大量的氨氮物质和可溶性锰离子等有害物质，在填埋时，有害物质会出现游离或逃逸，对周边土壤生态系统造成危害，甚至损害周围居民的身体健康。
固化法则是将电解锰渣转变为不可流动的密实固体，包括用作水泥缓凝剂、生产类硫铝酸盐水泥、生成农作物肥料、用作路基材料(制成电解锰渣砖)等。其中用作水泥缓凝剂和生产类硫铝酸盐水泥时，由于电解锰渣的本身特性，其缓凝性能和生产的产品强度不及添加天然石膏所生产的水泥；且电解锰渣的添加量较小，消纳量低。生成农作物肥料，电解锰渣内重金属会在土壤内沉积，长时间使用，会对破坏土壤。用做路基材料，有两种方式，一种是降低电解锰渣的配比，能够有效控制浸出的锰含量，但是其消纳量低，仅为40％左右；另一种是提高电解锰渣的配比，能够有效提高消纳量，但是无法控制锰的固化，会出现使用过程中，锰逃逸、游离的情况。
因此，如何提高消纳量，且实现电解锰渣的无害化处理，是电解锰行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明意在提供一种电解锰渣砖的制备方法，本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种电解锰渣砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将电解锰渣与氧化镁、氧化钙和水一起球磨，得到初步混合物，再进行煅烧，得到物料A备用；
步骤二：将物料A进行研磨，再过滤出150目以下的粉末备用；
步骤三：按照5:1:1:1:1～2的重量比配比电解锰渣粉末、粘土、陶粒、水泥和水，并混合均匀，再制成生胚；
步骤四：对生胚进行预热，再进行烧制，得到电解锰渣砖。
本技术方案的有益效果：
通过电解锰渣与氧化镁和氧化钙一起球磨，能够实现电解锰渣与氧化镁和氧化钙充分接触、混合，并在煅烧过程中，实现电解锰渣内的游离锰离子固化，减少后续使用时锰的游离或逃逸。
通过对电解锰渣的前置处理，能够实现游离锰离子固化，再通过配比电解锰渣粉末、粘土、陶粒、水泥和水，制成电解锰渣砖，能够确保制成的砖的强度高，且提高电解锰渣的消纳量。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤一中电解锰渣、氧化镁、氧化钙和水的重量比为7～9:1:1.5:5。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤一中，进行球磨时，加入黄铁矿，黄铁矿与电解锰渣的重量比为1:14～18。
有益效果：加入黄铁矿，能在球磨时，置换出更多的锰离子，并完成锰离子的固化，避免在后续制成砖使用过程中，锰离子游离或逃逸，对外部环境、土壤造成影响。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤一中，煅烧的温度为700～900℃，煅烧时间为30～90min。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤三中，还包括石灰，石灰与电解锰渣粉末的重量比为1:15。
有益效果：在制备生胚时，加入石灰，不会对电解锰渣的消纳量造成太大的影响，同时又能实现再次对游离的锰离子固化。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤四中，预热时，按照5℃/min的速度进行升温，直至温度达到250～400℃，并在该温度下预热30～50min。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤四中，烧制时，按照15℃/min的速度进行升温，直至温度达到800～1300℃，并在该温度下烧制1.5～3h。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤四中，进行三段式烧制。
在本发明的另一种优选实施方式中，步骤四中，第一阶段烧制温度为800～950℃，烧制时间为20～40min；第二阶段烧制温度为950～1100℃，烧制时间为40～80min；第三阶段烧制温度为1100～1300℃，烧制时间为30～60min。
综上，本发明的有益效果：
1、本发明实现了电解锰渣的资源整合再利用，利用电解锰渣制备砖，能够减少常用原料粘土、陶砂、碎石等不可再生资源的利用，且实现了电解锰渣的处理。
2、本发明在利用电解锰渣作为原料制备砖时，能够对电解锰渣内含有的氨氮物质和锰离子进行处理，避免出现有害物质逃逸，对环境、土壤、人体造成不好影响的情况。
3、本发明对电解锰渣进行预先处理，能够在球磨时，实现氨氮物质、氧化钙与水之间发生水化反应，产生氨气并排出，实现对电解锰渣内的氨氮物质进行处理；同时，球磨时，加入黄铁矿，能置换出电解锰渣内的锰离子，再配合球磨后的煅烧，实现锰离子与氧化镁和氧化钙之间发生反应，完成锰离子的固化，避免后续制成砖后，锰离子出现游离、逃逸的情况，进而避免对外部环境、土壤和人体造成不好的影响。
4、电解锰渣中的锰主要以二价锰和四价锰的形态存在，而在堆放过程中，颗粒逐渐结成坚硬的块状，可溶性的二价锰会逐渐被氧化为四价锰，不易浸出，但是也不易完成固化。因此在利用电解锰渣作为原料制备砖时，后续需用会出现锰游离、逃逸的现象。本发明通过将四价锰离子置换出，并完成固化，能够降低后续使用时锰游离、逃逸的情况出现。
5、本发明通过在制成砖之前，对电解锰渣进行煅烧处理，能够提高电解锰渣的稳定性，进而提高制备的砖的抗压强度，能够在电解锰渣的配比较高的情况下，实现砖的抗压强度达到标准，进而提高电解锰渣的消纳量。
6、本发明使用三段式烧制方式，通过烧制温度的逐步提高，能够促进专题内部晶型的发育与长大，进而有利于提高砖体的力学性能；同时，还能避免出现“过烧”现象。
综上，由于电解锰渣中含有有害物，本发明通过对电解锰渣进行预处理，能够将有害物质固化，且提高电解锰渣本身的稳定性，为后续制砖提供良好的基础，使得能够在高配比的电解锰渣的下，制成砖。能够提高消纳量，同时降低有害物质逃逸对外部环境造成影响。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例的步骤图。
图2是本申请实施例制得的电解锰渣砖示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种电解锰渣砖的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：电解锰渣预处理
将按照7～9:1:1.5:5的重量比配置电解锰渣、氧化镁、氧化钙和水，并将其投放至球磨机内进行球磨。球磨的过程中，还加入黄铁矿，黄铁矿与电解锰渣的重量比为1:14～18。球磨的速率为200～300rpm/min，球磨的时长为35～45min。再静置20～30min。
此过程中，通过球磨，并配合黄铁矿，可置换出锰离子，便于后续的锰离子固化反应。同时，氧化钙在球磨条件下，与氨氮物质发生水化反应，形成氨气，在静置时，可将氨气排出，并完成收集。
再将球磨后得到的初步混合物进行煅烧，得到物料A备用。煅烧温度700～900℃，煅烧时间30～90min。
煅烧时，使得锰离子与氧化镁和氧化钙发生反应，完成锰离子的固化，同时提高电解锰渣本身的强度特性。
步骤二：物料A研磨
将步骤一制得的物料A进行研磨，再进行过滤，过滤出150目以下的粉末备用。
步骤三：制备生胚
按照15:3:3:3:1:3～6的重量比配比电解锰渣粉末、粘土、陶粒、水泥、石灰和水，并混合均匀，再制成生胚备用。
步骤四：烧制
先对步骤三制备而成的生胚进行预热，预热时，按照5℃/min的速度进行升温，直至温度达到250～400℃后，在该温度下预热30～50min。
再按照三段式进行烧制，第一烧制阶段，按照15℃/min的速度进行升温，直至温度达到800～950℃后，烧制20～40min；第二烧制阶段，待烧制温度达到950～1100℃后，烧制40～80min；第三烧制阶段，待烧制温度达到1100～1300℃后，烧制30～60min。制得如图2所示的电解锰渣砖。
通过烧制温度的逐步提高，能够促进专题内部晶型的发育与长大，进而有利于提高砖体的力学性能；同时，还能避免出现“过烧”现象。
实验：
根据本发明提供的制备方法及各项参数制成电解锰渣砖，并对砖体的抗压强度、吸水率、体积密度和毒浸出数据进行测试。
抗压强度测试方法为：利用抗压强度测试机器完成砖体的抗压强度检测，抗压机器的架在速率为0.6kN/s。
吸水率的测试方法为：将待测砖体于100℃下干燥中恒重，测定其重量标为m0。再将干燥后的待测砖体置于水中浸泡24h，测定其重量标为m1。再将两次所得重量带入以下公式，计算出待测砖体的吸水率。
体积密度的测试方法为：将待测砖体于100℃下干燥中恒重，测定其重量标为m0，再利用阿基米德法测量其体积，标为V。将所测重量m0与体积V代入以下公式，计算出待测砖体的体积密度。
毒浸出数据测试方法为：按照《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GBT2114-2007)的测试方法对制成的砖体进行检测。
每个实施例均进行6次实验，实验结果取6次实验的平均值。
实施例1-6的各项参数如表1所示：
表1
实验结果如表2所示：
表2
综上，利用本发明提供的电解锰渣砖的制备方法制备的电解锰渣转的各项指标均满足现有国标，在实现资源再次利用的同时减少对环境的损害。而且，相比现有的方法，在利用电解锰渣作为原料制砖时，能够提高电解锰渣的配比，进而提高电解锰渣的消纳量。在制砖的过程中，通过对氨氮物质的处理和锰离子的固化，能减少锰游离和逃逸的情况，进而减少对外部造成的不良影响。
在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将电解锰渣与氧化镁、氧化钙和水一起球磨，得到初步混合物，再进行煅烧，得到物料A备用；
步骤二：将物料A进行研磨，再过滤出150目以下的粉末备用；
步骤三：按照5:1:1:1:1～2的重量比配比电解锰渣粉末、粘土、陶粒、水泥和水，并混合均匀，再制成生胚；
步骤四：对生胚进行预热，再进行烧制，得到电解锰渣砖。
2.根据权利要求1所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤一中电解锰渣、氧化镁、氧化钙和水的重量比为7～9:1:1.5:5。
3.根据权利要求2所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤一中，进行球磨时，加入黄铁矿，黄铁矿与电解锰渣的重量比为1:14～18。
4.根据权利要求3所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤一中，煅烧的温度为700～900℃，煅烧时间为30～90min。
5.根据权利要求4所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤三中，还包括石灰，石灰与电解锰渣粉末的重量比为1:15。
6.根据权利要求5所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤四中，预热时，按照5℃/min的速度进行升温，直至温度达到250～400℃，并在该温度下预热30～50min。
7.根据权利要求6所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤四中，烧制时，按照15℃/min的速度进行升温，直至温度达到800～1300℃，并在该温度下烧制1.5～3h。
8.根据权利要求7所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤四中，进行三段式烧制。
9.根据权利要求8所述的一种电解锰渣砖的制备方法，其特征在于：步骤四中，第一阶段烧制温度为800～950℃，烧制时间为20～40min；第二阶段烧制温度为950～1100℃，烧制时间为40～80min；第三阶段烧制温度为1100～1300℃，烧制时间为30～60min。
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