摘要
电解锰渣是电解锰生产过程中排放的工业废物,具有高钙、高硅特点,在建筑材料方面具有较大应用潜力,但高浓度锰和氨氮停留在产品中,影响锰渣掺量和材料性能,且氨氮无组织排放污染环境,导致产品的安全使用存在隐患.因此,锰渣资源化利用前须脱锰除氨.传统水洗法操作简单、成本低,但存在用水量大、锰和氨氮脱除率低等亟需解决.加气混凝土重量轻、保温性能好、呈灰白色,易推广,是消纳固废的重要途径.将酸性脱氨锰渣和碱性赤泥以适宜比例混合代替部分硅源制备加气混凝土,可中和料浆酸碱性和调节粘稠度,为铝粉发气提供较佳条件,且赤泥可激发锰渣活性,提高制品性能;可拓宽锰渣资源化利用途径,促进镍钴锰三元电池材料产能扩张和电解锰行业绿色低碳发展. 本文在传统水洗法基础上,添加浸取助剂一步法脱除电解锰渣中的锰和氨氮,研究工艺参数与锰渣中锰和氨氮剩余浓度的关系,确定较佳浸出工艺;通过浸出动力学和表征分析建立浸出模型,探讨浸出机理.其次,用脱氨锰渣和赤泥代替部分硅源制备加气混凝土,研究脱氨锰渣和赤泥的原料配比及工艺参数对加气混凝土性能的影响,通过表征分析探讨锰渣和赤泥协同制备加气混凝土的水化机理,并检测样品浸出毒性.得到以下主要结论: (1)以水为浸取剂、柠檬酸为浸取助剂,能极大促进锰渣中锰和氨氮的浸出,当柠檬酸用量25%、液固比5∶1、机械振荡混合、浸取时间30 min,浸取温度为25℃时,浸出效果较好,锰和氨氮浸出率分别达93.6%和97.9%. (2)柠檬酸作为浸取助剂浸取电解锰渣中锰、氨氮时,柠檬酸不仅能与高价态锰发生氧化还原反应,将高价态锰还原为易溶于水的二价锰离子;还能破坏二水硫酸钙结构,将二水硫酸钙转化为半水硫酸钙,释放包裹在硫酸钙晶格中的铵锰盐,促进电解锰渣中氨、锰浸出.电解锰渣中锰和氨氮的浸出动力学符合收缩核模型,受化学反应和固体膜层混合控制. (3)在水泥用量15%、生石灰用量20%、砂用量32%、脱锰渣20%、赤泥用量10%、石膏用量3%、铝粉掺量0.2%、水料比0.8时,制品抗压强度为5.7 MPa,干密度为745 kg/m3,达到《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)A 5.0强度级别及B 07干密度级别要求;重金属离子浸出毒性在规定范围内. (4)随脱氨锰渣掺量减少,赤泥掺量增多,加气混凝土硬化体中碱性物质逐渐增多,在脱氨锰渣与赤泥质量比为1∶0.5时,水化产物硫酸钙含量多且晶型良好,存在大量托贝莫来石且结晶度较好;柱状硫酸钙穿插在托贝莫来石中,水化产物之间形成致密的网状,结构更稳定.
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