锰渣废弃物在硫磺混凝土生产中的应用

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1、锰渣废弃物在硫磺混凝土生产中的应用第28卷第2期2010年5月中国锰业CHINASMANCANESEINDUSTRYVo1.28№2Mav20l0锰渣废弃物在硫磺混凝土生产中的应用吕晓昕,田熙科,杨超,皮振邦(中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院,湖北武汉430074)摘要:电解金属锰工业的污染问题已经成为"锰三角"地区亟待解决的关键问题.为了使废弃的锰渣化废为宝,促进锰矿资源的合理利用和良性发展,必须对锰渣废弃物资源进行开发利用.通过对锰渣废弃物进行一些简单的前处理,然后作为集料,制作一种性能良

2、好的硫磺混凝土.制作过程首先对所用硫磺进行了化学改性,然后将改性后的硫磺与锰渣和砂子混合制作试块,试块在铸模24h后拆模,然后进行性能测试,包括渗水率测定,微结构观测,抗腐蚀能力测定以及力学性能测定,测试结果与普通硅酸盐水泥所做试块进行对比,结果显示,硫磺混凝土具有极低渗水率,超强抗腐蚀能力以及较优异的力学性能.关键词:锰渣;硫磺混凝土;改性硫磺;晶型转变中图分类号:TF09;X7文献标识码:B文章编号:1002—4336(2010)02—0047—040前言电解金属锰(以下简称为:电解锰)行业是高耗能

3、,高污染行业,由于我国锰矿石的品位比较低(平均品位为14%～15%),所以电解锰过程中产生的废渣量是巨大的,造成的污染也是严重的.目前,锰渣废弃物的处理方法还是以堆放和填埋为主,不仅占用土地,还会造成二次污染.国内一些研究人员将锰渣用于制成肥料…和生态凝胶材料l_2J等,但由于技术不成熟,生产成本高等原因未能大规模生产应用.近年来,人们将锰渣用于建筑材料[3J的制备,例如水泥l,空心砌块l5J等,取得了一定的研究成果.但由于锰渣所含硫酸根较多,而混凝土的硫酸盐侵蚀是混凝土劣化病害的主要问题之一

4、6j6,

5、这些都严重影响到外观及使用性能.因此,在利用锰渣生产普通建筑材料时,必须对锰渣进行脱盐处理.硫磺混凝土是近年来才开始研究发展的一种新型混凝土,在国外已有部分应用,但在国内应用尚少l].硫磺混凝土是一种热塑性建筑材料,其优良的力学性能以及超强的抗腐蚀能力使其具有良好的发展前途_9J.另外,硫磺混凝土还有一项其他混凝土没有的特殊性能,就是可以循环使用,用硫磺混凝土生产的建筑材料在加热到一定温度时又可以熔化成为流体,可以重新加工成型lmJ.由于硫磺在液态时具有较强的粘结和包裹能力,而且固结后表面致密,因此,利

6、用锰渣生产硫磺混凝土基本不会出现盐分外渗现象,且硫酸根含量基本不对其性能产生影响.本文将锰渣用作生产硫磺混凝土的集料,所用锰渣只需经过简单的烘干磨碎即可.制备工艺简单,且产品性能优良.1实验1.1原料硫磺:升华硫,A.R.500g,纯度99.5%,产地:天津市东丽区泰兰德化学试剂厂.改性剂:①双环戊二烯,工业级,纯度98%,经销商:武汉申试化工有限公司;②苯乙烯,A.R.500mL,纯度98%,产地:天津市天力化学试剂厂.收稿日期:2010—03—04基金项目:国家自然科学基金(Number509040

7、54);中央高校基础科研专项资金项目(NO.CUG090108)作者简介:吕晓听(1987一),男,山西忻州人,硕士研究生,研究方向:利用工业废渣生产建筑材料及其性能研究,手机:15927192648,电话:027—67884574,E—mail:lvxiaoxin一008@163.com;联系人:田熙科,副教授,电话:13212757130,E—mail:xktian@cug.edu.ca.中国锰业第28卷锰渣:来源于湖南泸溪熙邦科技有限责任公司.将锰渣干燥后磨碎到0.125mm(120目),并放在1

8、20~C烘箱中保温待用.利用化学分析对锰渣的成分进行了测定,大致如下:Mn(7.43%),Fe(7.95%),SiO2(27.51%),AI203(2.29%),CaO(7.59%),MgO(1.55%),(NH4)2SO4(5%～6%).砂子:来源于武汉市某建筑工地.砂子需洗净晾干,然后过0.425mm(40目)筛,最后放在l20℃烘箱中保温待用.1.2改性硫磺及硫磺混凝土的制作称取一定量的硫磺于反应釜中,控制油浴温度在硫磺的熔点以上(135～140~C),并不断搅拌,待硫磺完全熔化成液态后,加入一定

9、量的苯乙烯,保持上述温度持续搅拌适当时间,然后加人一定量的双环戊二烯(预处理过的),并保持上述温度持续搅拌适当时间,所得产品为棕黄色流体(冷却后结晶),此产品可加人集料直接生产混凝土块,亦可待其冷却后存放,下次使用时加热到液态即可I11引,硫磺与苯乙烯及双环戊二烯加入量的比例为45:2:3.将改性硫磺加热到熔点以上(油浴并搅拌),待其全部变成液态后,加入一定量锰渣,保温搅拌一定时间后,加入一定量砂子,并保温搅拌适当时间,改性硫磺与锰渣及砂子