电解锰渣在多孔陶瓷制备应用中的研究现状与展望

罗 飞 李干蓉 金宁通 唐文玲 杨 李

(铜仁职业技术学院 贵州 铜仁 554300)

电解锰由于技术的不发达，产生的废料比较多。在工业电解锰的过程中，基本每生产1t锰，就会至少产生6t的废料。因为剩余废料中锰的含量比较少，所以工厂基本选择填埋的方法处理[1]，埋入地下的电解锰渣被雨水浸透后，浸出液会对土地以及附近水源产生严重的污染。如何对此问题进行处理，已经成为一个世界性的难题。

轻质多孔陶瓷块的孔主要有两种：通孔与闭孔。闭孔的轻质多孔陶瓷主要应用于节能领域，闭孔陶瓷具有隔音与保温的效果[2]。对于闭孔的形成主要有两种：首先是使用造孔剂在低温下形成；其次就是高温造孔剂，随着气温降低而形成的孔洞。本文将对于第二种制备方法展开详细介绍，将电解锰渣大量应用其中，解决污染问题。

1 电解锰渣的优点与危害

我国是世界上最大的电解锰生产国与消费国，同时我国的锰矿资源比较丰富，以菱锰矿为主，生产锰的方式主要是电解硫酸法。就是将锰矿与硫酸溶液混合，发生一系列化学反应，最终制得电解锰[3]。其中包括对硫酸溶液进行氧化、中和、净化、过滤、电解等工艺得到锰以及电解锰渣。锰在我国应用范围广泛，随着经济的发展，我国对于锰的需求不断增加，从而对于锰矿的需求量上升，电解锰渣等工业废料量也随之增加。目前我国直接将这些废料堆放在堆场，一方面工业废料中的可用物质直接浪费，也相当于浪费了一部分工业原料。因为仍含有锰、可溶性盐和其他的固态成分。另一方面在占用了土地资源的同时严重污染了土地与水资源。在面临电解锰渣环境污染这个老大难的问题时，我国学者通过一系列的实验在多孔陶瓷制备领域取得了较为满意的成果，降低了以往制作多孔陶瓷的成本，并且通过对比以往的多孔陶瓷，用电解锰渣为原料制备的多孔陶瓷优势更加明显。

2 “变废为宝”的实验材料与实验现状分析

2.1 电解锰渣作为多孔陶瓷制作原料的属性分析

电解锰渣中的锰渣大部分分为氧化锰渣和碳酸锰渣，其中除了含锰之外，也含有其他可利用的化学成分。比如，锰渣中含有的碱金属氧化物氧化钾和氧化钠、碱土金属氧化物氧化钙与氧化镁等都可以加以利用，在锰渣中溶剂型成分占了约15.98%，这对于使用锰渣作为原料在低温下形成所必须的液相，有一定的促进作用，因此该原料具有制备多孔陶瓷的特性[4]。

锰渣的外形是不规则的，小颗粒，结构蓬松，其对于制造多孔陶瓷最主要的特点就是可塑性高，有利于多孔陶瓷的成型以及烧结。在多孔陶瓷制作中，原料的含水量会对多孔陶瓷的成型和烧结性能产生较大的影响，通过相关仪器对电解锰渣进行含水量测定之后分析结果为碳酸锰渣比氧化锰渣含水量低10%左右。

2.2 多孔陶瓷制作的造孔剂和粘结剂介绍

在强烈满足造孔剂要求的情况下，添加造孔剂可以有效提高多孔陶瓷制作的气孔率，常用的造孔剂主要是碳粉、白云石、木屑等，通过相关实验研究，得出以下结论：相对于其他造孔剂，白云石有较均匀的粒度分布。粘结剂的主要作用是需要在烧结的过程中，将原料颗粒之间的接触点连接起来，粘结剂的选择对多孔陶瓷材料的性能有较大的影响，其粘结的牢固程度对样品的最终使用性能，如压缩强度、导热性等都起着至关重要的作用[5]。

2.3 电解锰渣制备多孔陶瓷吸附材料的条件和性能分析

骨料颗粒大小、烧结温度、成型压力以及保温时间直接影响多孔材料的综合性能。宏观上，造孔剂的粒径对多孔陶瓷的孔径起主要作用，因此造孔剂不一样、粘结剂用量不同，煅烧温度不同，制备而得的电解锰渣多孔陶瓷的性能也是不一样的。例如根据前人的研究成果可以得知，当加入20%的碳粉，5%的高岭土，在1075℃对混合料进行烧结时，得到的锰渣多孔陶瓷材料的综合性能较好，气孔率达到68.86%，吸水率达到66.19%，体积密度达到1.05g/cm3， 抗压强度为5.44 MPa。然而，通过添加复合造孔剂，多孔陶瓷材料的气孔率和抗压强度都在一定程度上得到了提高。粘结剂用量的多少对氧化锰渣和碳酸锰渣制备多孔陶瓷吸附材料的影响较造孔剂的使用次之，影响较小的当属混合料水分以及成型的压力，而烧结温度的提高通过实验数据分析，可知在不影响碳酸锰渣多孔陶瓷材料的主要物相组成情况下，可以有效提高碳酸锰渣多孔陶瓷的抗压强度。

3 电解锰渣在多孔陶瓷制备的展望

目前，大多数国内学者，主要在工业建材领域方面对锰渣的二次利用进行了研究。综合来看，电解锰渣的再利用的有效策略仍然迫在眉睫，大部分研究依然停留在实验室，还不能得到大规模的使用，因此对电解锰渣资源的再利用必须开辟出一条新的技术路线，使资源保护与资源利用率得到改善与提高，更好地切合大生态形势下的发展方向，实现生态环境的有效改善，使经济效益和社会效益得到进一步提高，使工业化应用得以真正实现。基于以上问题提出以下观点：首先是就目前学者撰写的文献来看，学者们都在积极地对电解锰渣的资源再利用进行更深层次的研究，通过一系列的实验，旨在为实现电解锰渣能够多途径地高效利用奠定基础。其次是在电解锰渣的二次利用之前，应充分做好综合相应利润成本规划，以及带来的不利影响进行可控分析，对工业化利用来说，就是利益到达电解锰渣的二次利用出产的综合产品利益最大化。综合产品如果成本过高，电解锰渣的综合利用研究前景也是很可观。综合以上可能出现的问题来看，对于电解锰渣制备多孔陶瓷需要综合多方面因素考虑。

4 结语

技术的革新在带给人们便利生活的同时，也带来了大量的环境污染。因此在人类发展的同时越来越重视废物利用。本文就电解锰渣在多孔陶瓷制备应用方面展开了论述，即对以电解锰渣作为原料，对多途径制备多孔陶瓷材料的性能研究展开论述。考虑各个因素对电解锰渣在制备多孔陶瓷材料的优势的有效改善。实现电解锰渣在多孔陶瓷制备领域的二次利用的设想，解决锰渣污染和利用的问题，此文为后续研究者对电解锰渣研究提供参考，希望早日可以解决锰渣污染难题。