电解二氧化锰（EMD）工业矿渣的地聚物活性研究

周树年　黄连金　王强

【摘 要】以煅烧法处理电解二氧化锰（EMD）工业矿渣原料，用工业水玻璃对其进行碱激发反应制备地聚物矿物胶凝材料。以抗压强度为性能指标，单因素实验考察了锰矿渣的煅烧温度、水玻璃模数、液固比等条件对锰矿渣的碱激发反应活性的影响。

【关键词】锰矿渣；煅烧；水玻璃；激发；抗压强度

中图分类号： X757；TU522.1 文献标识码： A 文章编号： 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

礦渣的综合利用是冶金工业共同面对的长期难题，锰矿加工工业中产生的废弃渣含一定量的Al2O3、SiO2，经适当处理后可作为制备地聚物材料的前驱体原料，近年已有学者对此进行探索。如Wang Yong 等[1]将生石灰、石膏、水泥、锰尾矿渣和铝粉按配比混合，制成了一种性能符合国家标准的混凝土；Hu Chunyan 等[2]用锰尾矿渣代替部分粘土并配以废玻璃和高岭土制成陶瓷砖。本文以广西崇左市康密劳锰矿加工企业封存的原矿渣为原料，在不做掺入处理的情况下对其地聚物活性进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

锰矿渣：取自广西崇左市广西埃赫曼康密劳化工有限公司储存的桶装原渣（主要生产电解二氧化锰和其他锰化工产品），600或700℃煅烧2h[3]，粉碎备用；液态工业水玻璃：购自广西崇左市化工产品店，南宁化工股份有限公司生产，模数为3.1，Na2O含量为9.2%、SiO2含量为28.6%；氢氧化钠（A.R）：成都市科龙化工试剂厂生产，用于调低水玻璃模数；去离子水：取自实验室。

马弗炉：101BS-2型，上海双彪仪器设备有限公司；电子天平：BS-210g型，上海友声衡器有限公司；电液式（数显）万能试验机： WES-300D型，济南品德试验机有限公司；快速六联试模：20mm×20mm×20mm方格，上海雷韵试验仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

用氢氧化钠将水玻璃模数调低为1.5，按固液比准确称取定量煅烧锰矿渣和调好模数的水玻璃，混合均匀（酌情加入适量去离子水），调制成具有低流动性的浆料，快速装入六联试模的方格（涂一层凡士林）中并抹平、加盖，在室温下放置3天后脱模养护至7d或14d，即得地聚物材料试验方块，用万能试验机测定其抗压强度。

2 实验结果与讨论

2.1 碱激发活性

煅烧后的粉体经碱激发后，测得7 d龄期试块最大抗压强度为17.2 MPa，14 d龄期试块最大抗压强度为22.8 MPa。较优的制备条件为：矿渣600℃煅烧，水玻璃模数为1.5，液固比为1/3。由此可见，矿渣粉体经碱激发后具有较高的强度，即具有碱激活地聚物反应活性。

2.2 单因素实验结果分析

（1）固液比和试块养护龄期的影响

由图1可知：经600℃煅烧处理的矿渣以液固比为1/3制备出的不同龄期试块的抗压强度最高，7d龄和14日龄抗压强度分别为17.2MPa和22.8MPa，且具有较大幅度的随龄期增加而增大的趋势。

由图2可知：经700℃煅烧处理的矿渣以液固比为1/2制备出的不同龄期试块的抗压强度最高，7d 龄和14日龄抗压强度分别为11.8 MPa和17.4 MPa，同样也有大幅度的随龄期增加而增大的趋势。

对比图1和图2可知：抗压强度的对比和固液比的变化说明了600℃煅烧的粉体活性大于700℃煅烧的粉体。

（2）水玻璃模数的影响

由图3可知：无论是经600℃还是700煅烧处理的矿渣，在0.5-1.5模数范围内不同模数水玻璃激发制备出的试块的抗压强度均有随模数增加而上升趋势。

3 结论

研究结果表明以煅烧法处理的EMD工业矿渣粉体为原料，以工业水玻璃激发时具有地聚物反应活性特征；制备的材料具有一定抗压强度，600℃煅烧粉体的活性高于700℃煅烧。由于抗压强度不高，预计适当提高强度后作为非承重性材料用途的可能性较大。建议：（1）对原料作针对性的成分掺杂处理，提高碱激发反应活性；（2）尝试用盐类、酸类物质对其进行激发反应；（3）探索其作为制备多孔材料原料的可行性。

【参考文献】

[1]Wang Yong，Ye Wenhao，Wan Jun，et al.Method for manufacturing aerated concrete from electrolysis manganese slag[P].中国专利： 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]郑广俭，崔学民，张伟鹏，等.溶胶-凝胶法制备具有碱激发活性的无定形Al2O3-2SiO2粉体[J].稀有金属材料与工程，2007（36）：137-139.