一种电解锰渣轻质烧结砖及其制备方法与流程

本发明涉及一种电解锰渣轻质烧结砖及其制备方法，属于工业废渣再利用技术领域。

背景技术：

目前我国是世界上最大的电解锰生产国，电解锰产量约占世界总产量的98％。我国的锰矿资源主要是以碳酸锰矿为主的菱锰矿，采用电解硫酸锰工艺来生产金属锰，在获得金属锰的同时也产生了大量的酸性滤渣—锰渣。由于近年来对锰矿资源的滥采乱挖，造成了锰矿品味的日益降低，现每生产1吨金属锰将会产生8～9吨的锰渣。因缺乏有效的再利用技术，这些大量的锰渣主要以堆放或填埋的形式进行处理，逐年堆放的工业锰渣已对环境造成了严重污染，主要表现为锰渣中含有的大量氨氮、硫酸盐、重金属离子如镉、铅、砷、铜、锌和锰等对渣场附近大气、地表/地下水源、土壤结构、生态环境等造成的污染与破坏，已成为制约我国电解锰产业可持续发展的主要因素。如果经过一定的处理和其他混料添加，可以实现锰渣的有效回收与综合资源化利用，从而减少对环境的污染，产生良好的经济效益和环境效益。

当前，人们对锰渣的回收与资源化利用开展了广泛的研究，如从锰渣中提取金属锰、用作水泥缓凝剂、制备陶瓷砖、制作蜂窝型煤燃料、生产锰肥、生产釉或微晶玻璃材料、用作建设材料或路基材料等。这些方法为锰渣的综合利用开辟了新思路，但仍难以大规模利用，因此必须寻找新的锰渣综合利用途径。截至目前，尚未发现以电解锰渣为主要原料而制备烧结砖的研究报导。

电解锰渣的主要化学成份测定如下：(各成份含量为质量百分比％)

通过对我国著名的“锰三角”地区之贵州省铜仁市金瑞锰业公司的电解锰渣的化学组成分析可知，电解锰渣属于活性很低的酸性渣。

根据国标GB/T203-1994的规定，参照矿渣质量系数来计算锰渣质量系数，其结果为：

(1)锰渣质量系数K＝(CaO+MgO+Al₂O₃)/(SiO₂+MnO+TiO₂)＝16.18/29.48＝0.55<1.2(不合格)

(2)锰渣碱性系数M0＝(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)＝9.91/33.22＝0.30<1(为酸性渣)

根据对电解锰渣的矿物组成分析，电解锰渣主要含二水硫酸钙和石英，其化学组成则主要是Cao、MgO、Al₂O₃、SiO₂等，因此利用现有的工业废弃物电解锰渣为主要原料、添加其他原料来制备烧结砖是完全可行的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对电解锰渣资源化的问题，提供了一种电解锰渣轻质烧结砖，并且本发明还提供一种电解锰渣轻质烧结砖的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种电解锰渣轻质烧结砖，按质量百分比由以下原料组成：电解锰渣80～90％、粘土5～15％、煤粉5％，以上组分质量百分比之和为100％。

上述电解锰渣轻质烧结砖的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将锰渣、粘土、煤捣碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨后筛分至120目分别得到锰渣粉，粘土粉，煤粉；

步骤2：按质量百分比分别称取电解锰渣80～90％、粘土5～15％、煤粉5％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2中称取的电解锰渣、粘土和煤粉球磨充分混合后在20～25MPa压力下压制成型，然后经过烧结，得到电解锰渣轻质烧结砖。

其中，烧结是在20℃下升温至100℃保温30min、然后升温至500℃保温30min、再升温至800℃保温60min，最后升温至1040℃保温180min后随炉冷却。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

(1)本发明所用原料廉价、种类少，本发明所用原料只有三种，均具有廉价、易采购的优点。

(2)本发明的主要原料为电解锰渣，其前期处理工序少而简单。电解锰渣只需经过捣碎、烘干、球磨的简单处理后即可使用，且电解锰渣的利用量大，其在配方中的质量份数可达80～90％。

(3)本发明电解锰渣烧结砖，通过在电解锰渣中添加粘土和煤粉，使得制备的烧结砖的强度达到MU20、MU25的烧结砖国家标准，完全可以应用在具有一定抗压、抗折强度要求的建筑材料领域。

(4)变废为宝，资源再利用。电解锰渣为工业废渣，排放量大、污染严重，给环境造成极大危害，本发明将其作为主要原料并适当添加一定的粘土和煤粉来制备锰渣轻质烧结砖，可实现工业废弃物的资源化再利用，为电解锰渣的回收再利用问题提供了一种新的思路。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是所用原料电解锰渣的物相组成XRD鉴定图。

具体实施方式

本发明通过以下实施实例进一步详述，配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

观察图1可以看出，电解锰渣主要由生石膏(CaSO₄·2H₂O)和石英(SiO₂)、以及微量的白云母(H₂KAl₃(SiO₄)₃)和高岭土等矿物成分组成。通过分析曲线还可知道结晶程度的高低与含石英的多少有关，观测可知在锰渣中石英含量多，生石膏的含量次之，含微量的白云母，且晶相形成明显，因此锰渣是较适合做制砖原料。

本发明所烧结后的样品外观呈咖啡色略带黄色，表面粗糙，可见明显的细小孔隙，无光泽，质地坚硬。由于生坯样品内的有机物、碳酸盐、结晶水在升温的过程中所产生的气体逸出，加之煤高温后的助烧与碳化，形成更多的孔隙，同时锰渣在高温下熔融，因此随着样品内液相的产生，填补了孔隙，形成网状结构，对烧成品起到了固化效果，从而使其质地坚硬、强度较大，满足烧结砖的国家标准，适用于建筑材料领域。

实施例1：

本实施1利用电解锰渣制备轻质烧结砖的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：分别将锰渣、粘土、煤捣碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨过120目筛分别得到锰渣粉，粘土粉，煤粉；

步骤2：按质量百分比分别称取电解锰渣粉2.52kg(90％)、粘土粉0.14kg(5％)、煤粉0.14kg(5％)，以上组分质量百分比之和为100％，总质量之和为2.8kg；

步骤3：将步骤2中称取的电解锰渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa压力下压制成外形为直角六面体备烧，其长240mm、宽115mm、高53mm；

步骤4：将步骤3中所压制的生坯块在1040℃温度下烧结保温3小时后随炉自然冷却而得到电解锰渣轻质烧结砖。

其中，烧结时的升温速率为5℃/min，并采用分段加热并保温的方式，即从20℃升温至100℃并保温30min、然后升温至500℃并保温30min、再升温至800℃并保温60min，然后升温至1040℃并保温烧结180min，最后随炉冷却而得到锰渣轻质烧结砖。

经测试，本锰渣烧结砖的抗折强度为4.38MPa，抗压强度为21.8MPa，体积密度为1450kg/m³，强度性能达到了烧结砖国家标准MU20等级，完全可以作为轻质烧结砖应用在建筑材料领域。

实施例2：

本实施例2利用电解锰渣制备轻质烧结砖的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：分别将锰渣、粘土、煤捣碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨过120目筛分别得到锰渣粉，粘土粉，煤粉；

步骤2：按质量百分比分别称取电解锰渣粉2.38kg(85％)、粘土粉0.28kg(10％)、煤粉0.14kg(5％)，以上组分质量百分比之和为100％，总质量之和为2.8kg；

步骤3：将步骤2中称取的电解锰渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa压力下压制成外形为直六面体备烧，其长240mm、宽115mm、高53mm；

步骤4：将步骤3中所压制的生坯块在1040℃温度下烧结保温3小时后随炉自然冷却而得到电解锰渣轻质烧结砖。

其中，烧结时的升温速率为5℃/min，并采用分段加热并保温的方式，即从20℃升温至100℃并保温30min、然后升温至500℃并保温30min、再升温至800℃并保温60min，然后升温至1040℃并保温烧结180min，最后随炉冷却而得到锰渣轻质烧结砖。

经测试，本锰渣烧结砖的抗折强度为5.68MPa，抗压强度为26.8MPa，体积密度为1580kg/m³，强度性能达到了烧结砖国家标准MU25等级，完全可以作为轻质烧结砖应用在建筑材料领域。

实施例3：

本实施例3利用电解锰渣制备轻质烧结砖的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：分别将锰渣、粘土、煤捣碎后在80～90℃下干燥24～26h去除原料中的自由水至恒重，然后球磨过120目筛分别得到锰渣粉，粘土粉，煤粉；

步骤2：按质量百分比分别称取电解锰渣粉2.24kg(80％)、粘土粉0.42kg(15％)、煤粉0.14kg(5％)，以上组分质量百分比之和为100％，总质量之和为2.8kg；

步骤3：将步骤2中称取的电解锰渣、粘土和煤粉混合后在20～25MPa压力下压制成外形为直六面体备烧，其长240mm、宽115mm、高53mm；

步骤4：将步骤3中所压制的生坯块在1040℃温度下烧结保温3小时后随炉自然冷却而得到电解锰渣轻质烧结砖。

其中，烧结时的升温速率为5℃/min，并采用分段加热并保温的方式，即从20℃升温至100℃并保温30min、然后升温至500℃并保温30min、再升温至800℃并保温60min，然后升温至1040℃并保温烧结180min，最后随炉冷却而得到锰渣轻质烧结砖。

经测试，本锰渣烧结砖的抗折强度为4.81MPa，抗压强度为24.1MPa，体积密度为1530kg/m³，强度性能达到了烧结砖国家标准MU25等级，完全可以作为轻质烧结砖应用在建筑材料领域。

本实施例是在以本发明技术方案为前提下而进行的，包含了详细的实施方式和具体的操作过程。但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。但本实施实例所阐述的技术内容仅为说明性的而非限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围，本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。