电解锰渣资源化综合利用

2020-02-20吴运东李剑飞

山东化工 2020年16期

吴运东，李剑飞

(铜仁学院，贵州铜仁 554300)

目前，大多数企业尚未找到处理电解锰渣的有效方式，一般采用的是将电解锰渣运送到统一地点或者筑坝进行堆放，而国内的电解锰渣筑坝通常占地面积较大，安全系数又不高，而且长期风吹日晒，从而污染了大面积的耕地和地下水资源，对生态环境造成了非常严重的破坏。

1 锰及电解锰渣

锰在国民经济中扮演着重要的角色，锰不仅是国民经济中重要的基础物资，同时也是国家重要的战略资源。在美国、日本、瑞典和加拿大等国家将锰列入为国家战略资源之后，中国也提高了对锰的重视程度，随后，在“十一五”期间，也将锰列入了国家战略资源。金属锰一般是靠电解法和还原法来获得，其中，电解锰是最主要的方式。我国的电解锰企业分布在宁夏、湖南、重庆、贵州、广西、湖北和四川等11个省，直辖市，自治区，但是主要集中在湖南，贵州和重庆交界处，近年来，广西的电解锰企业也在迅速的成长。日前，中国已经逐渐成为全球最大的电解锰生产国、消费国和出口国。电解锰作为一种重要的化工材料和冶金材料，为中国的工业发展和经济建设起到了不容小觑的作用，但同时，电解锰行业作为非常典型的冶金行业来说，虽然其自身的优势非常明显，但是却也造成了非常严重的环境污染问题，其中，电解锰渣的问题尤为严重。

电解锰渣是采用硫酸法浸出碳酸锰矿电解制备金属而产生的，电解锰渣为颗粒细小、颜色为呈黑色的泥糊状酸性固体废弃物，新鲜的电解锰渣含水率较高，露天堆放的情况下，经过风干之后呈块状。电解锰渣中含有大量的可溶性盐、固态矿物、铬、铅、砷等重金属有害元素。

2 电解锰渣的处理现状

由于锰的生产大都是采用电解的方式来进行的，其中，每产量1吨的电解锰，就要排放大约7～9吨的电解锰渣，目前来看，电解锰渣是电解锰行业的主要废弃物。单纯的就企业的生产成本和技术条件的制约来说，很多电解锰企业都采用修建专门存放电解锰渣的渣库来存放产生的锰渣，这种情况下，电解锰企业所占的土地面积已经严重影响了部分地区的土地耕种。

处理过的锰渣颗粒极小，很容易影响大气的质量，不仅如此，锰渣中含有锰、铅、铬、镍等有害元素，而很多的渣库建设不符合规定，很容易出现锰渣渗漏等情况，那么这些含有有害物质元素的锰渣，就会在一定程度上污染附近的土地资源和水资源。

近年来，我国的环保法规日趋完善，渣库的检查制度也随之日趋严格，很多企业无法达到如此高的标准，从而影响了国内很多电解锰企业的发展，也潜移默化的影响着我国的经济建设，因此，电解锰渣的资源化利用问题亟需解决。

3 电解锰渣的处理技术

电解锰渣如何处理是控制电解锰渣对环境造成的污染的首要问题，目前，对于电解锰渣的处理方式大致分为三种。

3.1 电解锰渣分选处理技术

这一技术是通过电解锰渣中含有的矿相之间各种不同的化学特性，从而将这些成分通过技术方式区别开来，例如：通过锰的磁性成分而得到的原来，就可作为生产电解锰的原料。

3.2 电解锰渣的固化处理技术

这是一种通过技术手段将电解锰渣中所含有的有害物质固定或者禁锢在惰性基础材料中，这是一种完全无害的处理方式。这项技术一般都采用水泥含量不少于45%的水泥作为固化的基础材料。

3.3 电解锰渣的化学处理技术

电解锰渣中含有的有害成分是可溶性重金属和氨氮。这项技术是通过添加其他物质材料，从而破坏电解锰渣中的有害成分使其变成无害物质。目前，价格低廉且最常用的方式是在电解锰渣中添加石灰，将电解锰渣中的可溶性重金属转变为残渣，将氨氮转化为氨气，来达到将电解锰渣中的有害成分无害化的目的。

近几年来，不得不说，锰矿石的品味逐年降低，同时，随着电解锰的生产水平在不断的提高，电解锰企业生产的效率也在逐步提高，电解锰渣中锰的含量进一步降低，使得回收利用电解锰渣中的锰原料，已经难如登天。利用石灰来固化电解锰渣中的有害物质固然很好，但是面对很大数量锰渣，这一方法势必会消耗大量的水泥资源，从而在生产成本上就会大大的增加，就此来说，此项技术的工业化应用价值不是很大。化学处理方式的添加药剂来源很广泛，成本又低，并且处理方式极其简单，所呈现的效果又非常好，所以，通过化学技术处理电解锰渣是实现资源利用的有效方式。

4 电解锰渣如何资源化利用

日前，电解锰渣所带来的环保压力是不可忽视的，所以，对于电解锰渣的资源化利用成为我国急需要解决的问题，不仅能够缓解电解锰渣对与环境的污染问题，同时也能够为电解锰企业缓解生产成本方面的压力，继续创造电解锰行业的价值。

4.1 回收电解锰渣中的有价金属

电解锰渣中含有9%～13%的有效资源。其中锰的回收方式一般是生物法、酸性浸出法和水洗沉淀三种。生物法一般是采用硫氧化细菌和铁氧化细菌浸出电解锰渣中的锰资源，浸出率一般能够达到90%以上。酸性浸出法是向电解锰渣中添加酸性较强的浸出液体、浸出助剂，经过超声除杂后得到纯度相当高的硫酸锰等资源。水洗沉淀的方式是通过清水冲洗，将电解锰渣中的铵盐沉淀，来回收其中的可溶性锰资源，通过此法，锰的回收率可达到99%以上，另外，回收所得的富锰沉淀料中，锰的含量可达到30%以上。

但是，酸性浸出法和水洗沉淀法的操作过程非常的复杂，不但成本非常高，而且有很大的可能新造成二次污染，在这一情况下，这两种方式的应用情况不是很可观。因此，相比之下，生物法确实是一种非常有效的回收电解锰渣中锰资源和其他资源的方式，但是，同样，生物法对于菌种和浸出条件的要求也是很高的，细菌浸出的周期普遍会比较长，而且，菌种的培育方式也比较复杂，就目前来说，还没有找到对于电解锰渣最适合的菌种。

4.2 用作水泥添加料

电解锰渣具有其自身的潜在活性，其主要的矿物质为二水石膏。由此可见，电解锰渣可以作为水泥添加料的轻骨料、缓凝剂、矿化剂等。在水泥中添加电解锰渣不仅能够将水泥的性质做出改变，同时水泥也能够将电解锰渣中的部分重金属物质固化，于此，就大大的减少了对环境的污染。但是，在实际操作情况中可知，水泥中最多只能够添加5%的电解锰渣，所以，企业通过自制水泥厂来资源化利用电解锰渣，也成为了意见很难解决的事情。但是，如果在电解锰渣中添加还原剂同时进行高温脱硫处理，就可以大大的提高水泥中电解锰渣的添加量，一般可达到30%以上。

4.3 生产墙体材料

由于电解锰渣中含有二氧化硅、氧化钙、氧化铁和氧化铝等资源，座椅电解锰渣是非常适合用于制砖的材料之一。目前，通过利用电解锰渣生产的主要有免烧砖、烧结砖、陶瓷砖、蒸压砖和保温砖等。但是，电解锰渣用于生产墙体材料也是存在一定的问题的。首先，制作墙体材料过程中，电解锰渣的添加剂量比较少，如增加电解锰渣的添加量，就会降低所制成的墙体材料的质量；其次，墙体材料对人类的影响比较大，所以，电解锰渣中的有害物质还是需要关注的。综合如此情况来看，电解锰渣制作墙体材料能够消耗大量的电解锰渣、生产工艺相对简单、制作成本极低、且用量比较大，所以利用电解锰渣制作墙体材料这一方式就工业化前景来说，还是比较可观的。

4.4 生产路基材料

电解锰渣配合煤灰以及电石泥制备不含熟料的沥青混合料乐意较大程度的提高沥青的粘合度以及自身的强度，并且混合后的材料具有较强的抗腐蚀性。研究表明，此种沥青混合物通过一年的使用之后，其耐压强度仍然能够达到10兆帕，由此可见，电解锰渣作为路基材料大大的满足了道路建设的要求。沥青混合料中，电解锰渣的含量趋近于80%，所效果是最可观的，这种含量的沥青混合物无论是从性能还是经济性都是最好的。虽然，电解锰渣作为路基材料是一项不错的选择，但是如果大规模的采用这种沥青混合物来作为公路路基，那么，同时就要考虑电解锰渣中含有的有害物质对路基附近的土壤以及空气质量的影响。

4.5 制备微晶玻璃

电解锰渣中所含有的元素，证明电解锰渣是适合制备微晶玻璃的材料。电解锰制备微晶玻璃是通过烧结法来完成的，流程一般是：材料混合-高温熔化-成核晶化-切割抛光-成品。通过电解锰渣制成的玻璃一般呈现为咖啡色，其中电解锰渣的添加量可达到75%以上。电解锰渣制备微晶玻璃做法工艺非常简单，能源消耗较低，并且是非常环保的，所以电解锰渣制备玻璃也是资源利用的可观方向。

4.6 制备多孔陶瓷

所谓多孔陶瓷，是一种全新的陶瓷系列，其作用为过滤材料、吸音材料和保温保湿等。通过电解锰渣所制造的多孔陶瓷，在过滤材料和吸附废水中的重金属材料方面都有很大的作用。所以，通过电解锰渣来制作微晶玻璃可以达到一种以废治废的目的。

综合我国目前的情况来看，电解锰渣资源化利用的各项技术都处于理论阶段，真正利用到电解锰企业当中去的方式少之又少，导致这种现象的原因首先是电解锰渣中提取出来的锰元素能给企业带来的经济效益不是很可观，而且，锰元素的再利用价值也不是很大。其次，电解锰渣利用在水泥制作和墙体材料这一系列领域里面，电解锰渣的添加量相对较低，因此对于电解锰渣的大量囤积问题的解决效果不是很大。最后，无论电解锰渣利用在哪一种技术里面，都首先要考虑其本身的有害物质，要达到将电解锰渣无害化处理，成本确实较高。对比而言，利用电解锰渣生产墙体材料较为符合资源化利用电解锰渣的初衷，毕竟墙体材料用途广泛，对于电解锰渣的消耗较多，并且生产简单，成本较低，工业化前景相对可观。