對廣西水淬錳渣資源化利用制備保溫墻材的探討*

唐小春，吳飚

（廣西魚峰集團有限公司，廣西 柳州 545026）

0 引言

我國建筑產業在經濟建設和發展中發揮著重要作用，近些年來發展迅猛。隨著經濟的高速發展，城市的建設速度加快，人們的生活水平也在不斷提高，居住條件改善的同時也帶來了越來越多的問題：不可再生資源被過度消耗、建設過程造成大氣污染和粉塵污染、生態環境加速惡化等，已對社會的可持續發展、經濟的可持續發展和人類生存環境安全構成了很大的威脅。針對這些問題，我們國家提出要發展新型綠色建筑材料，并對綠色建材提出了“節約能源、節約資源、保護環境、優化功能、低消耗、無污染無毒害、多功能高性能、可循環使用”等標準和要求。

水淬錳渣是硅錳合金、錳鐵合金在高爐冶煉過程中，將高溫爐渣采用水淬急冷工藝形成的。廣西壯族自治區錳礦儲量居全國第一，錳礦儲量達 2.6 億噸。廣西壯族自治區錳礦主要集中在靖西、大新、天等三縣，總儲存量占廣西區總儲存量的 84.7%。廣西壯族自治區已形成以桂林市、來賓市為中心的錳鐵、硅錳合金等錳產業生產基地，以崇左為中心的電解錳、錳礦深加工等生產基地。但目前大量的水淬錳渣和電解錳渣沒有得到大規模的、及時有效的處理，已成為影響當地環境治理和企業正常運轉的首要問題，錳渣堆存過程大面積占用土地，同時又污染生態環境[1]。

1 國內外的保溫墻材發展

新型墻體材料有很多不同品種，國內常見的包括：燒結頁巖磚、燒結空心磚、粉煤灰磚、灰砂磚、普通混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、陶粒混凝土砌塊、GRC空心輕質隔墻條板等。從數量上看，目前我國墻體材料總體生產量達 8000 億塊，其中采用多種爐渣、廢渣、粉煤灰等作為原料每年生產燒結磚總量約 1300 億塊，約占建筑墻體總用磚量的 16.25%；頁巖燒結磚的年產量達 400 多億塊，占墻體總用磚量的 5%；建筑砌塊占 4.06%，輕質板材占 2% 左右；采用蒸壓工藝生產的灰砂磚年生產量達 70 多億塊，占墻體總用磚量的0.88%。加氣混凝土砌塊作為新型墻材正逐漸取代傳統墻體磚材料，但目前全國新型墻體材料年生產量仍只占墻體材料年總產量的 39.26%，可見目前傳統墻體材料仍占主導地位，而新型墻材比重仍然較低。

國外新型墻體材料發展較早，目前主要采用紙面石膏板、混凝土砌塊、復合輕質板、加氣混凝土等作為墻體材料，生產和應用中新型墻體材料的使用量占墻體材料總量的 80%～90%，近年來新建設的住宅高效保溫墻體材料的使用率幾乎達到 80%～100%[2]，新型墻體材料正在向節能環保方向發展。

經過三十年的不斷努力，我國保溫墻體材料工業也發生了巨大變化，很多產品經歷了從無到有、從單一到多樣化的階段，質量也不斷提升，已形成硅酸鈣絕熱制品、泡沫塑料、礦物棉、膨脹珍珠巖、耐火纖維、玻璃棉等多種品種的新型墻體材料產業，制備技術和生產線設備水平也有很大提高，部分產品已達到國際先進水平。但由于我國保溫墻體材料工業起步晚，整體裝備水平和技術水平仍不高，在建筑墻體等領域的制備技術和應用技術仍需要進一步完善，這也在很大程度上限制了保溫墻體材料的大規模應用與推廣。近年來，保溫墻體材料生產線重復建設問題嚴重，而在終端應用領域的拓展上卻投入不多，造成了投資浪費、效率不高、供大于求的現狀。

國內針對工業固廢制備保溫墻體材料開展了大量研究工作，也取得了一定的成效。王雪[3]等人利用普通硅酸鹽水泥和廢磚粉為主要原料，采用發泡劑發泡，配以廢泡沫塑料以及混凝土外加劑，在常溫、常壓條件下成功制備出新型輕質保溫墻體材料，達到了廢物資源化利用、節能減排和保護環境的目的。汪博[4]等人采用工業廢渣制備了混凝土多孔磚，并系統研究了其干燥收縮特性，研究發現嚴格控制混凝土多孔磚砌筑時的上墻含水率，對控制墻體干縮引起的開裂生成和裂縫發展都有很好的效果。謝堯生[5]等采用工業固體廢棄物制備出空心輕質的粉煤灰加氣混凝土砌塊，并用于墻體外砌起保溫作用，用粉煤灰制備加氣混凝土房屋面板，不僅能充分利用工業固廢，節能效益也十分明顯。譚克鋒[6]等研究了激發劑激發鈦礦渣制備實心砌塊和空心砌塊試驗，研究發現添加石灰、煅燒石膏、粉煤灰對鈦礦渣的激發效果最好，通過激發可以得到強度達到 MU10 的實心砌塊和空心率為 50%、強度達 MU10 以上的混凝土空心砌塊。毛宇暉[7]等人采用廢棄花崗巖材料制備建筑空心砌塊，通過配方優化制備得到了抗壓強度達到 16.6MPa的空心砌塊。

2 水淬錳渣在墻材中的研究與應用

迄今為止，水淬錳渣主要用于建筑材料行業，比如用作制備水泥的混合材以及配制混凝土的摻合料。但是由于錳渣所含 MnO 成分較高，且礦物組成中低活性的礦物成分含量高，從而影響了錳渣的使用量，目前在水泥和混凝土中的使用量均不超過水泥質量的 20%。且利用過程中首先要經過烘干處理，再經過粉磨制備需要消耗大量能耗，大量錳渣仍未得到充分利用。

目前，已有將水淬錳渣用于新型墻體材料的相關研究和應用。例如江西新余鋼鐵廠[8]用高爐瓦斯灰和錳渣復合制備免燒灰渣磚，制備后采用常溫養護 7d 后，測試其抗壓強度普遍在 6.7～9.3MPa，7d 抗折強度普遍在 1.7～2.4MPa，常溫養護 28d 后其抗壓強度可達13MPa，抗折強度可達 3.9MPa。任素梅[9]等以經過預處理的錳渣為主要原料替代煤渣，與水泥、半水石膏和增強劑一起，使用簡單工藝制備得到小型空心砌塊。配方中錳渣占 80%，所得制品的強度等級可達 5.0，平均導熱系數 0.42，其他耐久性指標和相關性能也都達到要求。陳平[10]等人采用普通加氣混凝土工業化制備工藝，研究了采用水淬錳渣作輕質集料和錳渣微粉作活性摻合料制備加氣混凝土的可行性，系統研究了所制備的加氣混凝土的力學性能和收縮性能。同時開展了水淬錳渣在加氣混凝土中的應用研究，最終成功制備出抗壓強度達 3.73MPa、密度僅為 606kg/m3的加氣混凝土，各方面性能均達到了 A3.5、B06 級加氣混凝土的要求[11]。

可以看到，盡管任素梅等人的工作已經取得了一定的成果，為錳渣做保溫材料做了大量基礎工作，但其局限性顯而易見，由于使用未經烘干的錳渣，其制品保溫性能有限。文獻記載[2]，當空隙內是水而不是空氣時，其導熱系數會擴大 25 倍，它甚至不能稱作真正的絕熱保溫材料，這在一定程度上限制了其作為保溫墻體材料的應用。

3 水淬錳渣做新型墻材的可行性

3.1 政府支持

近五年來，全區共關停淘汰落后產能約 1000 家，培育先進燒結隧道窯生產工藝超過 600 家，建成裝配式預制構件生產基地 4 個，全區正在逐漸淘汰并關停落后的磚瓦產能，加快推進新型墻體材料產業轉型升級。目前以燒結多孔磚為主要產品的產業結構，明顯不能適應墻材革新的需要和生態文明建設的需要。尤其是滿足不了中共中央、國務院提出的“到 2020 年單位國內生產總值二氧化碳排放強度比 2005 年下降 40%～45%”整體目標的要求。應加快發展綠色保溫砌塊產業，以技術引領和推動墻體材料改革和產業化升級轉型，形成新型固廢基綠色保溫墻材產業科學發展的新格局，促進產業結構和生產方式的綠色化發展。目前，廣西建設廳根據我區墻材行業結合自身情況，重點研究、發展以下幾類產品：

（1）混凝土小型空心砌塊類制品，如普通混凝土小型砌塊、混凝土多孔磚、輕集料混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、陶粒混凝土砌塊、復合混凝土砌塊（具保溫隔熱輕質等特點）等。

（2）利廢新型燒結制品。從節能、利廢、環保出發，積極發展利用頁巖以及煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等廢料為主要原料的非粘土燒結多孔磚和燒結砌塊。

（3）輕質隔墻板。根據廣西地域、原料資源和市場需求，發展節能型輕質內隔墻板、外隔墻板和復合墻板及新型墻材節能建筑墻材。

3.2 技術可行

水淬錳渣的顯微分析證實，由于其特殊的處理冷卻過程，錳渣具有獨特的蜂窩狀孔結構特征，這為錳渣用作保溫隔熱材料、吸聲消音材料和吸附材料奠定了良好基礎[12]。大量研究表明水淬錳渣做集料替代常規集料可制備強度合格的輕質保溫砌塊，還具有粘結強度高、容重低的特點。目前，水淬錳渣做保溫磚的主要問題是空隙含水影響保溫，只要采用合理的脫水工藝去除錳渣空隙內的水分，然后通過封閉技術和水泥膠接技術把蜂窩狀水淬錳渣顆粒聯通起來，即可形成一種類似于輕質、多孔的泡沫結構的無機保溫材料，再經過合適的壓制成型工藝，可做成新型墻體保溫砌塊或墻板。

4 總結

水淬錳渣制備輕質多孔保溫墻體材料將大量利用廢棄錳渣，不僅可以實現錳渣的更高附加值利用，保障廣西優勢資源——有色冶金行業的健康、可持續發展，避免由錳渣野外堆填造成的環境和社會問題。此外，錳渣做保溫材料符合當前國家、自治區推進墻材革新和推廣節能建筑的大趨勢。因此，錳渣做保溫墻材不僅具有非常重要的現實意義，而且也必將產生顯著的經濟效益和社會效益。