脱硫锰渣应用技术研究

虎大勇，宋正平，陆 宇

(1. 宁夏天元锰业集团有限公司，宁夏 中卫 755100； 2. 宁夏天元锰材料研究院有限公司，宁夏 中卫 755100)

0 前 言

电解锰行业作为典型的湿法冶金行业，在快速发展的同时，也对环境产生了不小的影响，其中电解锰渣对环境的危害[1]尤为突出。我国电解锰渣累计堆存量达上亿吨[2-3]，且每年正在以1 000万t的速度持续增长，大量堆存的电解锰渣不仅造成了资源浪费，还加大了对自然环境的压力[4]。因此，合理有效地处理电解锰渣，最大限度地降低锰废渣的危害，并对电解锰渣进行多渠道的利用，已经成为电解锰行业和环保领域亟待解决的问题。

宁夏天元锰业作为锰行业的龙头企业，一直将电解锰生产中各类废渣的处理作为企业可持续发展战略重要的一环，多年来投资研发经费高达10亿元，现已建成世界上第一条锰渣处理生产线，利用该生产线对电解锰渣进行处理，去除硫、氨等物质后烧结成块以便于对电解锰渣进行高值化利用。电解锰渣经高温[5]脱硫处理后的锰渣被称为脱硫锰渣，其外观呈灰褐色无规则，密实度较高且质地坚硬，主要成分为SiO2、MgO、Al2O3、CaO、Fe2O3，与水泥[6]原材料成分相近。本文涉及脱硫锰渣的应用技术，将脱硫锰渣经过破碎、整形、筛分后，利用其生产各种规格建筑破碎石、水泥制品[7]技术。该技术的提出拓宽了脱硫锰渣的应用范围，避免或减轻固废对企业及城市环境的污染危害，对于保护生态环境意义重大，产生良好的环保效益、社会效益并有效带动企业产业链的循环发展。

1 试验方案

1.1 试验用料

试验所需材料包括天然中细砂、二级粉煤灰、普通硅酸盐水泥、水、破碎石(5～15 mm)，脱硫锰渣：灰黄色或灰黑色无规则固体，有棱角，质地坚硬，整体较为致密，密度2.54 g/mL。脱硫锰渣中主要元素及成分分析结果见表1。

表1 脱硫锰渣中主要元素及成分分析 %

由表1可知，脱硫锰渣中主要成分包括二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝、氧化镁、铁和锰的氧化物等，主要成分与水泥原材料及建筑破碎石成分相近，具有工业利用价值。

1.2 试验方案

1.2.1 利用脱硫锰渣制备破碎石方案

脱硫锰渣经颚式破碎机破碎、筛分、整形，制得粒度为5，12，20 mm破碎石。

1.2.2 利用脱硫锰渣制备水泥制品试验方案

脱硫锰渣经破碎机破碎过筛，取粒度为3～10 mm之间的渣，按一定比例掺配水泥、二级粉煤灰、天然中细砂、水，利用搅拌机搅拌均匀，利用预制或输送至水泥制品生产系统生产不同规格的水泥制品，成品输送至常温养护室养护，并测定28天抗压强度。

1.2.3 利用脱硫锰渣适配C40混凝土的试验方案

脱硫锰渣经破碎机破碎过筛，取粒度为12～20 mm的渣，按一定比例掺配破碎石、水泥、二级粉煤灰、天然中细砂、外加剂、水，混合均匀后，在1.5 m2试验区域内进行预制混凝土试验，测7天回弹强度、28天回弹强度。

1.3 试验工艺流程

试验工艺流程见图1。

2 试验过程与结果

2.1 利用脱硫锰渣制备破碎石试验过程及结果

试验采用宁夏天元锰业集团有限公司自产的脱硫锰渣，利用颚式破碎机破碎，利用3层振动筛筛分，再利用碎石整形机整形至大小均匀、粒型完整的破碎石。

对破碎石进行取样分析，结果见表2。

表2 利用脱硫锰渣制备的破碎石常规分析 %

从表2可知：利用脱硫锰渣制备的破碎石各项物理性能均符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52—2006)[8]的要求。

利用脱硫锰渣制备的破碎石按照《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)[9]的要求测得内照射指数为0.2，外照射指数为0.3，符合标准要求。

2.2 利用脱硫锰渣制备水泥制品试验过程及结果

试验采用破碎后3～10 mm的脱硫锰渣为原材料，按一定比例掺配水泥、二级粉煤灰、天然中细砂、水，利用搅拌机搅拌均匀，利用预制水泥制品的方法制备混凝土路面砖，测其28天抗压强度。制备的混凝土路面砖检测结果见表3。

从表3可知：利用3～10 mm的脱硫锰渣制备的混凝土路面砖常规分析数据满足《混凝土路面砖》(GB/T 28635—2012)[10]的要求。

表3 利用脱硫锰渣制备的混凝土路面砖常规分析

2.3 利用脱硫锰渣适配C40混凝土的试验

试验采用利用脱硫锰渣制备的12～20 mm破碎石为原材料，掺配部分天然破碎石、水泥、二级粉煤灰、天然中细砂、外加剂、水，混合均匀后，在试验区1.5 m2区域进行预制混凝土试验，测7天回弹强度、28天回弹强度，结果见表4。

由表4可知：利用12～20 mm的脱硫锰渣按上述过程预制的混凝土28天回弹强度可满足C35、C40混凝土的生产要求。

表4 利用脱硫锰渣适配的混凝土强度分析

试验主要在于消纳脱硫锰渣，从而变相消纳电解锰生产过程中产生的电解锰废渣，脱硫锰渣不仅可用于水泥生产的原材料，还可以用于建筑材料、水泥制品、非主体结构混凝土、路面水稳料等方面。

3 结 论

试验是利用电解锰渣经高温脱硫、脱氨、固化后的脱硫锰渣来进行试验。电解锰渣在1 250～1 300 ℃条件下煅烧过程中，渣中的各种元素和各种物质均发生了化学变化，生成了和水泥成分相似的物质。

利用脱硫锰渣制备的破碎石、混凝土路面砖、非主体结构混凝土均满足国家相关标准的规定。宁夏天元锰业集团正投资建设利用脱硫锰渣制备破碎石和水泥制品示范项目。

该试验达到预期效果，整个过程体现了绿色化资源利用，该试验的推广可有效解决电解锰渣的堆存问题，可避免或减轻废渣对环境造成的危害，对保

护生态环境意义重大，同时拓宽了脱硫锰渣的应用渠道，具有广阔的工业化应用前景。