电解锰渣体系下的惰性硅铝质矿物潜在胶凝活性形成机理

我国电解锰产量占世界97.4%，年排放量高达1000多万t。目前，大量锰渣难以利用，简单堆存产生污染、溃坝隐患等严重问题并影响社会和谐。胡锦涛总书记、李克强副总理对治理"锰三角"地区环境污染问题已多次做出重要批示。将电解锰渣制备成水泥的规模化利用方法是从源头解决以上问题的有效途径。然而，电解锰渣中主要成分（石英、云母等硅铝质矿物）为惰性，这导致其胶凝活性低，利用效果差。.为此，本项目采用同时利用硅铝质矿物和硫酸盐两个主要组分（前者为活性主要来源，后者为主要蚀变剂）的方法对电解锰渣进行低温蚀变，以增强其胶凝活性。围绕电解锰渣中惰性硅铝质矿物结构非晶态化对其胶凝活性的影响机理，以及硫酸盐在硅铝质矿物蚀变、水化产物形成过程中作用规律的关键科学问题，开展电解锰渣低温蚀变的矿物结构变化、锰渣水泥水化过程和电解锰渣中有害离子控制的研究，建立相应技术基础理论，最终实现电解锰渣的有效利用。

采用同时利用硅铝质矿物和硫酸盐两个主要组分的方法对电解锰渣进行低温活化煅烧，以增强其胶凝活性。研究从电解锰渣基本性质和活化煅烧方法入手，利用XRF、XRD、TG-DTA）以及粒度分析、离子溶出ICP检测、红外光谱分析（IR）、水泥性能测试、重金属浸出等方法，取得如下进展：. 电解锰渣加热过程的物相变化研究：锰渣中的硫酸钙随着煅烧温度的升高而发生了晶型的转变。硫酸铵最初形态为一水硫酸铵， 600℃时电解锰渣中的硫酸铵完全消失，分解生成氨气，氮气、二氧化硫以及三氧化硫。硫酸锰最初形态为一水硫酸锰（MnSO4.H2O），在700℃~900℃间发生热分解反应，产生Mn2O3、SO2、SO3，然后Mn2O3并进一步分解形成Mn3O4和O2。随着煅烧温度的升高，四氧化三锰成为主要生成物。. 典型惰性硅铝质矿物活性增强规律研究：对电解锰渣加热活化过程分析表明，电解锰渣中的硫酸钙在700-900℃期间开始分解，形成活性氧化钙。活性氧化钙与铝硅酸盐惰性矿物晶体发生反应，使得惰性矿物结构旧的衍射峰下降，但新的衍射峰未形成，其晶体结构从晶态向具有活性的非晶态转化。非晶态物质成分增加，矿物聚合结构向聚合程度减弱的方向发展。结晶矿物含量降低，非晶态物质增加，正是硅铝质矿物潜在胶凝活性增加的主要原因，而对这一阶段温度的控制是惰性硅铝质矿物活性提高的关键所在。. 电解锰渣水泥水化性能研究：随着养护龄期的延长，电解锰渣水泥早期水化产物晶体物质主要有未反应完全的SiO2、新生成钙矾石AFt、未完全反应的CaSO4•0.5H2O及硅铝凝胶类物质（CASH）；随水化时间增长，SiO2和CaSO4•2H2O的衍射峰峰值减少，更多的SiO2和CaSO4•0.5H2O参 与反应，同时，水化产物中晶体衍射峰减少，非晶态产物CASH凝胶逐渐增多，这一变化 提高了其强度性能。电解锰渣水泥完全符合国家环境标准对重金属离子浸出的要求。水泥固化后重金属主要是化学固结作用。电解锰渣最佳活化温度为700℃。在活化电解锰渣掺量为30%情况下，所制备水泥胶砂28d强度达56.6MP左右。. 电解锰渣提氨改质技术:电解锰渣的活化煅烧在400℃，避免含氮含硫两种挥发气体在加热过程中形成污染物，活化电解锰渣胶凝活性提高，氮元素形成氨气，并制备成氨水供回收利用，而硫元素以硫酸钙的形式固化在渣中进行利用。