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硅锰渣在建筑材料中的利用探究

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摘要:硅锰渣是硅锰合金企业生产中产生的工业废渣,且每生产1t的硅锰合金会产生1.2~1.3t的硅锰渣。大量硅锰渣肆意堆放或是闲置,不但会造成资源的浪费,还会导致环境的污染,影响硅锰合金企业的持续健康发展。硅锰渣的资源再利用就显得十分重要,将硅锰渣应用到建筑工程中,作为建筑材料,实现硅锰渣的资源再利用,转变传统建筑材料结构,并提升建筑工程的施工效率和施工质量。故此,分析硅锰渣的形成过程,硅锰渣的理化特性,解读硅锰渣在建筑材料中具体应用,旨在降低硅锰渣对环境的影响,实现硅锰渣的资源再利用。

关键词:硅锰渣;建筑材料;利用;资源再利用

硅锰合金是一种具有广泛用途和产量的铁合金,对钢铁生产具有十分积极的作用和意义。然而实际硅锰合金生产过程中,会导致大量的硅锰渣产生。这些硅锰渣如果不能得到有效的利用或处理,就会导致硅锰渣大量堆积,不但会对环境造成恶劣影响,还会引起资源的浪费,不利于企业的可持续发展,亟需改进和完善。基于此,本文结合硅锰渣产生和硅锰渣的理化特性,对硅锰渣在建筑材料中的利用进行阐述。

1硅锰渣的产生

硅锰渣也叫硅锰冶炼渣,是硅锰合金生产过程中的废料。在硅锰合金冶炼过程中,主要运用锰矿、富锰矿、硅石和焦炭等作为原材料展开冶炼,冶炼过程中,所产生的高温炉渣在水淬或是空气中自然冷却后,便是硅锰渣。其中水淬和自然冷却后硅锰渣形态是存在差异的。水淬的硅锰渣会快速冷却,且以疏松多孔的形式存在。对于在空气中自然冷却的硅锰渣,主要是以块状为主。不同的存在形式的硅锰渣在具体性质和特征上也存在差异,对于块状和颗粒状,在具体的运用中也会存在差异,需要进一步的分析和研究。硅锰渣主要是由二氧化硅和氧化钙、三氧化二铝和氧化镁等构成。硅锰合金生产过程中,为了改善硅的还原条件,需要保障矿热炉中具有充足二氧化硅,且合理炉渣监碱度进行控制,以0.6~0.8为宜[1],从而推动硅锰合金生产质量。

2硅锰渣的理化特性分析

为实现对硅锰渣的合理利用需对硅锰渣的理化性质展开分析,如果硅锰渣的理化特性分析不够充足,必然会严重影响硅锰渣的利用质量和利用效率,甚至导致建筑施工安全隐患的发生,故此,需详细解读其理化性质。

2.1硅锰渣化学成分分析硅锰渣是由多个化学成分构成,且主要以CaO和SiO2为主要成分,两者合计在块状硅锰渣和颗粒状硅锰渣中的比例均>60%。此外,硅锰渣中的成分还有MgO和Al2O3,而且,由于硅锰渣中CaO/SiO2<1.0,则可以说明硅锰渣属于酸性合金渣[2]。

2.2硅锰渣的矿物组成

为获得硅锰渣的矿物组成,分别对块状硅锰渣和颗粒硅锰渣进行抽样检测,并可以得到硅锰渣的XRD图谱。通过对图谱的分析可以得到块状硅锰渣主要是CaSiO3、CaAl2O4和Ca2Al2SiO7等构成。对于颗粒状硅锰渣的XRD图谱分析,可以得到其矿物成分以玻璃体为主,并含有较少的AlSiO5等矿物[3-4]。

2.3硅锰渣的粉磨特性

1)硅锰渣具有良好的易磨性,通过研究表明,块状和颗粒状使硅锰渣的易磨性比较,可以得到颗粒状明显优于块状。且能够得到硅锰渣比其他金属渣具备更好的易磨性。为实现对硅锰渣的有效应用,在需求的情况下,需要对硅锰渣的易磨性进行提升,可以通过增加适宜的助磨剂,进而达到有效提升硅锰渣易磨性。

2)硅锰渣的微粉密度和比表面积。借助实测密度和比表面积的方式,可以对硅锰渣的微粉密度和比表面积进行测定,得到块状的密度为3g/cm3左右,颗粒的密度在2.94cm3左右。而且,通过易磨性的比较,可以得到颗粒状的比表面积明显大于块状[5]。

3)硅锰渣粒径分布情况。为获取具体的粒径情况,可先展开振动研磨,再选择激光粒度仪展开测定,且可以得到具体的粒径情况。其中以体积分布情况为例,将硅锰渣的块状、颗粒状与水泥和矿渣等展开比较,通过比较分析可以得到:经过研磨后,块状主要集中在2~20μm和100~120μm,表明块状硅锰渣可以有效的与水泥之间达到互补,这样就可以将块状硅锰渣应用到混凝土中,作为混凝土的集料,可以达到改变混凝土性能的目的,满足硅锰渣作为建筑材料的运用[6]。

2.4硅锰渣活性硅锰渣的活性分析,直接关系到硅锰渣的综合利用,尤其是应用于混凝土中。在具体的活性分析中,可以结合化学分析法和试饼法、酸碱溶出度法和强度法等。通过综合实验研究能够得到硅锰渣具有较好的活性,且颗粒状的活性要微高于块状。

3硅锰渣在建筑材料中的具体应用

通过对硅锰渣的产生和理化特征的综合分析,可以得到硅锰渣具有较好的易磨性、活性等特性,可有效应用到建筑材料中,对改变传统建筑材料结构和提升建筑材料性能具有积极的作用。

3.1硅锰渣作为混凝土的掺和料利用

建筑工程在具体的施工中,混凝土是影响建筑质量和建筑安全性的基础材料,也是建筑工程中应用数量最多的材料类型。鉴于硅锰渣的理化特性,可以作为建筑混凝土的掺和料。掺和料是影响混凝土性能和质量的关键,常见的掺合料有粉煤灰、硅灰和炉渣等,借助掺和料的有效应用,可以有效的改变混凝土的基本性能,在提升混凝土性能的基础上,还可以对硅锰渣进行资源再利用,达到降低建筑材料成本和降低环境污染的目的[7]。硅锰渣可用于混凝土的掺和料主要是由于硅锰渣中具有较高含量的玻璃体,运用适宜的激发剂,可以有效改善硅锰渣的活性,从而达到提升混凝土强度的目的。通过对硅锰渣掺合料对水泥浆净浆性能、胶砂性能、混凝土性能等的综合分析,可以得到硅锰渣的掺量在40%时,可以使得混凝土处于最佳的性能。其中颗粒状硅锰渣作为掺合料的最佳掺和比例为30%左右。借助有效的掺和料控制,可以使得混凝土抗冻能力、干缩性能等均能够得到全面的提升,从而达到提升建筑工程的施工质量和施工效率的目的,规避安全隐患和质量隐患[8]。

3.2颗粒状硅锰渣用于生产水泥

颗粒状硅锰渣可以用于碱激发胶凝材料,主要是因为颗粒状硅锰渣的主要矿物为玻璃体,可以将其作为碱激发的胶凝材料,且具有较好的可行性。1)颗粒状硅锰渣作为碱激发材料时,运用无水硫酸钠激发胶凝材料3d和7d时存在强度不高的情况。但是,随着时间的推移其强度会发生明显变化,28d后,其强度提升幅度十分明显。且得到碱激发颗粒桩硅锰渣胶凝材料的强度受到无水硫酸钠的影响明显,且二者之间呈现负相关的联系。当无水硫酸钠的掺量在3%时,颗粒状硅锰渣碱激发材料的激发效果最理想。2)氢氧化钠激发。这种情况下,颗粒状硅锰渣碱激发的胶凝的强度在3~7d之间强度的增加显著,但是,随着时间的推移7~28d这一区间,强度的变化较为缓慢。当氢氧化钠的掺和量为4%时,激发效果较为理想[9]。3)无水硫酸钠、氢氧化钠激发剂。二者联合应用可以使得颗粒状硅锰渣的强度28d后变化不够明显。且需要合理对具体的掺量进行控制,避免过小或过大的情况,从而保障碱激发颗粒状硅锰渣胶凝材料的强度。颗粒状硅锰渣用于碱激发凝胶材料,可以实现水泥的生产,进而满足建筑工程混凝土的基本性能。碱激发颗粒状硅锰渣凝胶材料的有效应用,可以对混凝土的早期强度、拆模时间等进行改进,从而有效的改善水泥的性能和质量[10]。

3.3块状硅锰渣用于混凝土的粗集料和生态渗透砖

1)鉴于块状硅锰渣的基本特点,可以将其运用到建筑混凝土的粗集料。在综合分析块状硅锰渣粗集料的性能时,可以得到快转硅锰渣的含泥量、压碎值等性能指标均优于天然集料。这样可以将块状硅锰渣对混凝土中部分自然粗集料进行代替,其中取代率大于50%时,可以使得混凝土的力学性能、耐磨性等得到有效的提升,满足建筑工程施工的基本需求。

2)生态渗透砖。它是一种绿色环保的新型建材,对提升建筑工程的生态性和经济性具有积极的作用。具体的生态渗透砖在构建时,可以运用水泥、粉煤灰、硅锰渣等材料,选择高压成型的方式,从而得到一种生态渗透砖。且能够达到改善建筑工程的生态性能和节能性效果,符合生态建筑的基本需求。

3.4微晶玻璃材料

硅锰渣可以用于制造微晶玻璃材料,成为一种理想的建筑材料,具有传统玻璃和陶瓷的基本性能,属于一种综合的玻璃材料,可以用于建筑的玻璃装饰和施工,在降低建筑施工成本的基础上,达到实现硅锰渣资源再利用的目的。在具体的微晶玻璃生产中,硅锰渣对微晶玻璃的形成和溶制具有积极的作用[11-12]。

4结语

结合硅锰合金生产的基本情况,研究分析硅锰渣的具体的生成情况,再结合硅锰渣的基本特性,完成对硅锰渣的综合利用。得到硅锰渣可以有效的应用到混凝土的掺和料、生产水泥、粗集料和生态渗透砖、微晶玻璃材料等,从而有效的改善建筑材料结构,并提升建筑材料的性能和质量,达到硅锰渣的资源再利用,降低对环境的不利影响,积极为硅锰合金产业的持续健康发展奠定基础。

参考文献:

[1]王天,张慧书,孙丽娜,等.浅谈硅锰渣的综合利用[J].冶金能源,2016,35(6):32-35.

[2]黄太忠.硅锰渣在建筑材料中的利用研究[D].重庆:重庆大学,2012.

[3]张殿元,鞠秉秀,李平,等.硅锰渣基复合掺合料的试验研究[J].粉煤灰,2012(5):18-22.

[4]王安岭,苗向阳.硅锰渣透水混凝土的试验研究[J].冶金标准化与质量,2016(6):54-57.

[5]吕晓昕,田熙科,杨超,等.锰渣废弃物在硫磺混凝土生产中的应用[J].中国锰业,2010,28(2):47-50.

[6]鞠秉秀,张士轩,李平,等.SY型水泥助磨剂用于硅锰渣基复合微粉的试验研究[J].水泥助磨剂技术,2011(4):31-34.

[7]刘唐猛,钟宏,尹兴荣,等.电解金属锰渣的资源化利用研究进展[J].中国锰业,2012,30(1):1-6.

[8]曾义.蒸压磷渣硅酸盐砖化学成分与放射性分析[J].中国锰业,2016,34(3):154-155.

[9]邸华东.浅谈锰硅合金炉渣碱度及各氧化物的作用[J].城市建设理论研究:电子版,2016(10):1-7.

[10]张祎.浅谈工业废渣在复合水泥领域中的应用[J].科技资讯,2016(36):115.

[11]蒋明磊,杜亚光,杜冬云,等.利用电解金属锰渣制备硅锰肥的试验研究[J].中国锰业,2014,32(2):16-19.

[12]邢相栋,肖清安,张建良.高硅锰硅合金冶炼新方法研究[J].铁合金,2013,44(1):1-5.

作者:窦林瑞 单位:北京工业大学

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