電解二氧化錳（EMD）工業礦渣的地聚物活性研究

周樹年　黃連金　王強

【摘 要】以煅燒法處理電解二氧化錳（EMD）工業礦渣原料，用工業水玻璃對其進行堿激發反應制備地聚物礦物膠凝材料。以抗壓強度為性能指標，單因素實驗考察了錳礦渣的煅燒溫度、水玻璃模數、液固比等條件對錳礦渣的堿激發反應活性的影響。

【關鍵詞】錳礦渣；煅燒；水玻璃；激發；抗壓強度

中圖分類號： X757；TU522.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0038-002

Study on Geopolymer Activity of Electrolytic Manganese Dioxide （EMD） Industrial Slag

ZHOU Shu-nian HUANG Lian-jin WANG Qiang

（Guangxi Normal University for Nationalities，Chongzuo Guangxi 532200，China）

【Abstract】The raw materials of electrolyzed manganese dioxide（EMD） industrial slag were treated by the calcination method，and alkali cementation reaction was conducted with industrial water glass to prepare geopolymeric mineral cementitious materials.Taking the compressive strength as the performance index，the single factor experiment investigated the influence of the calcination temperature of manganese slag，the modulus of the water glass， and the liquid-solid ratio on the alkali-activated reactivity of manganese slag.

【Key words】Manganese slag；Calcination；Water glass；Excitation；Compressive strength

礦渣的綜合利用是冶金工業共同面對的長期難題，錳礦加工工業中產生的廢棄渣含一定量的Al2O3、SiO2，經適當處理后可作為制備地聚物材料的前驅體原料，近年已有學者對此進行探索。如Wang Yong 等[1]將生石灰、石膏、水泥、錳尾礦渣和鋁粉按配比混合，制成了一種性能符合國家標準的混凝土；Hu Chunyan 等[2]用錳尾礦渣代替部分粘土并配以廢玻璃和高嶺土制成陶瓷磚。本文以廣西崇左市康密勞錳礦加工企業封存的原礦渣為原料，在不做摻入處理的情況下對其地聚物活性進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

錳礦渣：取自廣西崇左市廣西埃赫曼康密勞化工有限公司儲存的桶裝原渣（主要生產電解二氧化錳和其他錳化工產品），600或700℃煅燒2h[3]，粉碎備用；液態工業水玻璃：購自廣西崇左市化工產品店，南寧化工股份有限公司生產，模數為3.1，Na2O含量為9.2%、SiO2含量為28.6%；氫氧化鈉（A.R）：成都市科龍化工試劑廠生產，用于調低水玻璃模數；去離子水：取自實驗室。

馬弗爐：101BS-2型，上海雙彪儀器設備有限公司；電子天平：BS-210g型，上海友聲衡器有限公司；電液式（數顯）萬能試驗機： WES-300D型，濟南品德試驗機有限公司；快速六聯試模：20mm×20mm×20mm方格，上海雷韻試驗儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

用氫氧化鈉將水玻璃模數調低為1.5，按固液比準確稱取定量煅燒錳礦渣和調好模數的水玻璃，混合均勻（酌情加入適量去離子水），調制成具有低流動性的漿料，快速裝入六聯試模的方格（涂一層凡士林）中并抹平、加蓋，在室溫下放置3天后脫模養護至7d或14d，即得地聚物材料試驗方塊，用萬能試驗機測定其抗壓強度。

2 實驗結果與討論

2.1 堿激發活性

煅燒后的粉體經堿激發后，測得7 d齡期試塊最大抗壓強度為17.2 MPa，14 d齡期試塊最大抗壓強度為22.8 MPa。較優的制備條件為：礦渣600℃煅燒，水玻璃模數為1.5，液固比為1/3。由此可見，礦渣粉體經堿激發后具有較高的強度，即具有堿激活地聚物反應活性。

2.2 單因素實驗結果分析

（1）固液比和試塊養護齡期的影響

由圖1可知：經600℃煅燒處理的礦渣以液固比為1/3制備出的不同齡期試塊的抗壓強度最高，7d齡和14日齡抗壓強度分別為17.2MPa和22.8MPa，且具有較大幅度的隨齡期增加而增大的趨勢。

由圖2可知：經700℃煅燒處理的礦渣以液固比為1/2制備出的不同齡期試塊的抗壓強度最高，7d 齡和14日齡抗壓強度分別為11.8 MPa和17.4 MPa，同樣也有大幅度的隨齡期增加而增大的趨勢。

對比圖1和圖2可知：抗壓強度的對比和固液比的變化說明了600℃煅燒的粉體活性大于700℃煅燒的粉體。

（2）水玻璃模數的影響

由圖3可知：無論是經600℃還是700煅燒處理的礦渣，在0.5-1.5模數范圍內不同模數水玻璃激發制備出的試塊的抗壓強度均有隨模數增加而上升趨勢。

3 結論

研究結果表明以煅燒法處理的EMD工業礦渣粉體為原料，以工業水玻璃激發時具有地聚物反應活性特征；制備的材料具有一定抗壓強度，600℃煅燒粉體的活性高于700℃煅燒。由于抗壓強度不高，預計適當提高強度后作為非承重性材料用途的可能性較大。建議：（1）對原料作針對性的成分摻雜處理，提高堿激發反應活性；（2）嘗試用鹽類、酸類物質對其進行激發反應；（3）探索其作為制備多孔材料原料的可行性。

【參考文獻】

[1]Wang Yong，Ye Wenhao，Wan Jun，et al.Method for manufacturing aerated concrete from electrolysis manganese slag[P].中國專利： 101698586，2010-04-28.

[2]Chun-Yan H U，Hong-Bing Y U. Preparation of Ceramic Tiles Using Electrolytic Manganese Residue[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2010.

[3]鄭廣儉，崔學民，張偉鵬，等.溶膠-凝膠法制備具有堿激發活性的無定形Al2O3-2SiO2粉體[J].稀有金屬材料與工程，2007（36）：137-139.