不同堆存时间电解锰渣的理化特性分析

渣场堆存的电解锰渣中含有大量易迁移的锰和氨氮,极易污染周边环境。本文系统研究了不同堆存时间（3个月~10年）电解锰渣的pH、含水率、电导率、金属总量、浸出毒性和化学形态等理化特性,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线光电子能谱（XPS）等分析手段,探察电解锰渣在不同堆存时间下的物相组成、微观形貌、表面电子价态等变化规律。研究结果表明,随着堆存时间增加,锰渣的pH、含水率和电导率下降,可溶性Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Se⁴⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N浓度降低,其中可交换态和碳酸盐结合态的Mn是Mn元素流失的主要形态。同时,堆存10年的电解锰渣仍存在较大的环境污染风险,其中电解锰渣中的Cu、Cr、Cd、Pb、Zn等金属总量远超广西土壤背景值,Se⁴⁺的浸出浓度是《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中浓度限值的11倍,Mn²⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N的浸出浓度是《污水综合排放标准》（GB/T 8978—1996）一级标准限值的102倍和45倍。不同堆存时间的电解锰渣中锰和氨氮主要以(NH₄)(Mn,Ca,Mg)PO₄·H₂O、(NH₄)₂SO₄、MnSO₄·H₂O、MnCO₃、Mn₂O₃、MnO₂等物相存在,含铁物相主要包括FeS₂、FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃等,且电解锰渣中还含有Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀)、Al₂Mg₄(OH)₁₂(CO₃)·3H₂O和KAl(SO₄)₂·12H₂O等黏土矿物。此外,随着堆存时间的增加,电解锰渣的平均孔径减小,块状、柱状和绒球形的电解锰渣颗粒交错包裹现象增加,同时Fe(OH)₃胶体颗粒也逐渐转变成FeOOH、Fe₂O₃等含铁物相。本研究成果为电解锰渣无害化处理与资源化利用提供了基础理论支持。     

铵盐体系电解锰渣中石膏的转变规律

电解锰渣已成为阻碍电解锰行业发展的瓶颈,其中锰渣含有的大量石膏是限制其资源化利用的关键。针对锰渣中石膏浸出问题,本文研究了NH₄HCO₃和NH₄Cl用量、浸出初始pH、浸出时间、浸出温度对锰渣中石膏转变规律的影响。研究结果表明,当锰渣与NH₄HCO₃和NH₄Cl之间的质量比为20∶8∶1.5、固液比为1∶5、浸出初始pH为7.5、浸出温度为70℃、浸出时间为120min时,石膏的浸出率达到90.0%;浸出锰渣主要物相含有CaCO₃、SiO₂、Ca₂Mn₂(OH)₄Si₄O₁₁·2H₂O、Mg_5.0Al₆Fe₄Si_2.5Al_1.5O₁₀(OH)₈以及KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂等,其中浸出锰渣中MnO含量由未浸出前的7.45%提高到14.71%。转变规律表明,NH₄HCO₃与锰渣中的石膏反应转变成(NH₄)₂SO₄和CaCO₃,而NH₄Cl作为盐试剂可进一步促进石膏的溶解,从而提高石膏的浸出率。     

电解锰渣浆液烟气脱硫性能及机制

电解锰渣是电解锰生产过程中产生的锰矿石酸浸渣,富含锰、铁等活性组分,理论上可催化氧化SO₂实现烟气脱硫,同时脱硫后的电解锰渣可资源化利用,然而目前尚未见电解锰渣矿浆脱硫的研究报道。本文研究了工艺参数对电解锰渣浆液脱除SO₂性能的影响,探究了电解锰渣浆液烟气脱硫的过程机制。结果表明：锰渣粒径为200目（<75μm）、锰渣浆液初始浓度5000mg/L、气体流量400mL/min、进口SO₂体积分数0.20％、反应温度50℃、反应时间180min的条件下,电解锰渣浆液脱硫率最高可达93.87%。脱硫前后电解锰渣XRD、SEM、XPS表征结果表明,MnO₂、MnO、Fe₂O₃等活性组分参与SO₂反应,且浆液中的Mn²⁺、Fe³⁺等过渡金属离子液相催化氧化SO₂生成H₂SO₄,实现烟气脱硫。     

煅烧-碱浸法从钒铬还原渣中分离回收钒铬

通过煅烧-碱浸法从钒铬还原渣中分离回收钒铬,考察了煅烧反应过程并探讨了煅烧-碱浸条件对浸出钒的影响。结果表明：煅烧过程中Cr（Ⅲ）和V（Ⅳ） 反应生成中间产物CrVO₄,随后CrVO₄分解为Cr₂O₃和V₂O₅;相同浓度条件下,在V₂O₅浸出效果方面NaOH要优于Na₂CO₃,提高浸出介质浓度和延长浸出时间有利于V₂O₅的浸出,而浸出温度对V₂O₅浸出无明显影响,钒铬还原渣在850℃煅烧1.5 h后经3 mol·L^-1 NaOH在90℃浸出1.5 h,滤渣中的Cr₂O₃质量分数高于96%,钒、铬的浸出率分别为87.3%和小于1%,另外,利用酸性铵盐法能够沉淀滤液中97%的钒。     

垃圾焚烧炉喉口壁面结渣特性

为研究垃圾焚烧炉壁面结渣特性，现场采集了喉口区域前拱壁面、后拱壁面和侧墙壁面的3块渣样，结合灰熔点测试仪、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析研究了渣样的熔融特性、微观形貌、元素分布和物相组成等物化性质。针对分层现象明显的渣样，沿渣样生长方向进行了元素分析和物相分析。分析测试结果表明，3块渣样的特征温度差值较小，且软化温度小于1 260℃,均属于易结渣灰；通过扫描电镜观察到3块渣样的微观形貌基本相似，主要为岩石状颗粒，说明垃圾焚烧形成的灰粒未经历熔融球化过程直接黏附在炉膛壁面或渣样表面；渣样中K、Na和Al三种元素的分布规律一致，其含量均沿渣样生长方向逐渐减少。K、Na、Al三种元素形成了熔点1 130℃的KAlSi₃O₈、熔点1 100℃的KAlSi₂O₆和熔点1 100℃的NaAlSi₃O₈,3种低熔点长石熔化后具有黏性，易凝结沉积在壁面或渣样表面；沿渣样生长方向，Ca元素含量逐渐增加，Si和Ca元素含量比值稳定在0.8～1.1;通过物相分析发现Si和C...     

惰性气氛下电解锰渣高温还原焙烧脱硫

电解锰渣的化学成分与水泥的组成符合，但高含硫量限制了其在水泥生产中的掺量。本研究采用高温还原焙烧法脱除电解锰渣中的硫，以焦炭为还原剂，在氮气气氛中以不同条件对电解锰渣进行热分解生成SO₂。用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析固体产物，气体分析仪分析SO₂的释放，高温还原焙烧法脱除电解锰渣中的硫，探究焙烧温度和焦炭添加量对焙烧产物的物相和硫含量的影响。实验结果表明，生成SO₂的最佳条件为焦炭添加量4％、分解温度1000℃。在最佳条件下，SO₂的最大浓度为3513mg/m³，可用于生产硫酸。焙烧固体产物在温度为900℃、焦炭添加量为4%添加时，SO₃含量可以降低到2.17％。根据GB175—2007《通用硅酸盐水泥》中规定，满足水泥中SO₃含量须低于3.5%的要求，电解锰渣还原焙烧产品可以作为水泥原料，为电解锰渣的资源化综合利用提供理论依据和技术参考。     

利用电解锰渣制备As(Ⅲ)吸附材料及其性能研究

通过对工业废弃物电解锰渣(electrolytic manganese residues, EMRs)进行改性制备As(Ⅲ)吸附材料（改性EMRs），探究了NaOH用量、超声及微波对其表面结构及吸附性能的影响。结果表明：该工业废渣在固液比M(EMRs)∶V(NaOH, aq) = 1∶10(C _NaOH，aq = 2.0 mol·L^-1)条件下，经超声反应（200 W）2 h脱除大部分Si、S、Ca后，再微波（700 W）反应5 min以使Fe、Mn等活性吸附基团在其表面沉积，最后经105℃烘干制得改性EMRs。SEM结果表明，EMRs改性后表面形成片层纳米结构，对砷具有良好的吸附性能，可将初始As(Ⅲ)浓度为50 mg·L^-1废水出水中砷降至0.042 mg·L^-1，符合国家地表水环境质量标准Ⅰ类水质量要求(GB 3838—2002)；同时，经3% NaOH溶液再生处理后可继续使用。XPS结果表明，改性EMRs吸附砷性能与其表面Fe₃O₄、FeOOH、MnO₂等对As(Ⅲ)具有吸附作用或氧化作用的活性物种的增多密切相关。     

电解锰渣中Mn2+的固化及动力学研究

电解锰渣(EMR)中大量可溶性锰会带来严重的环境问题,需要对其进行固化处理。本文利用CaO固化电解锰渣中Mn²⁺及其动力学机制,系统考察了CaO添加量、液固比、温度和反应时间对Mn²⁺固化率的影响。通过XRD、SEM-EDS对原EMR和预处理EMR的物相组成、表面形貌检测分析,探讨固化反应机理。结果表明,在CaO与EMR质量比6:100、液固比4:1、温度55 ℃、反应时间150 min条件下,Mn²⁺固化率为99.72%。机理研究表明,电解锰渣中Mn²⁺以MnO₂和MnOOH的形式固化。动力学分析结果表明,氧化钙固化Mn²⁺过程受化学反应和残留固体膜层扩散混合控制,反应表观活化能为11.713 5 kJ/mol。本研究提供了一种简单有效的改性锰渣方法,可用于指导锰渣可持续利用。     

混凝土点状爆裂原因探究及机理分析

针对建筑工程中混凝土构件表面出现的点状爆裂现象,对出现爆裂的混凝土构件进行采样,通过XRD分析确定了样品的主要组成有CaO、C₃A、C₁₂A₇、Ca(OH)₂等矿物,结合样品的DSC/TGA定量分析数据,确定了导致混凝土点状爆裂的主要原因是CaO水化生成Ca(OH)₂体积膨胀导致的;此外,混凝土中的C₁₂A₇与找平材料(主要指石膏)中的CaSO₄·2H₂O会水化生成AFt,也会导致混凝土开裂,因此,在混凝土抹面后点状爆裂现象会集中出现。采用乙二醇-EDTA化学滴定法测定样品游离总钙,结合DSC/TGA定量分析结果,发现爆裂中心底层未粉化骨料中f-CaO含量依然较高,解释了工程中采用当前修补方式修补后混凝土继续爆裂的原因。     

磷渣基地聚物材料固化砷钙渣的机理

以砷含量为7.63%的砷钙渣为研究对象,利用磷渣基地聚物材料对其进行固化处理,并采用毒性浸出实验考察了砷钙渣及固化体砷毒性浸出特性。结果表明:砷钙渣中砷的毒性浸出浓度可达2 450 mg/L,远超过国家毒性浸出鉴别标准限值(5 mg/L)。考察了不同养护时间、不同p H值(1~12)浸取剂环境下固化体中砷的浸出规律。结果表明:在p H=4~8范围内,砷浸出浓度较小;在酸性(p H4)和碱性(p H8)条件下砷浸出相对较大,但均小于5 mg/L。并考察了固化体中砷形态变化规律,揭示其固化机理。当养护时间为28 d时,固化体中As(Ⅲ)含量由96.3%降至28.8%,其后随着养护时间的变化固化体中As(Ⅲ)含量呈缓慢降低趋势,180 d As(Ⅲ)含量为12.6%,240 d As(Ⅲ)含量为10.8%。磷渣基地聚物固化砷钙渣机理为:磷渣基地聚物材料水化环境和所含的铁氧化物可使高毒性及强迁移性As(Ⅲ)向相对稳定的As(Ⅴ)转化;随时间的变化,磷渣基地聚物材料不断水化,并提供游离Ca2+、Al3+离子,使砷化合物经沉淀反应生成Al-As-O、Ca-As-O难溶性盐,进而降低砷浸出浓度。     

温度对精炼渣碳酸化效果影响分析

为了有效改善精炼渣的安定性及致密性问题,采用正交试验探讨精炼渣碳酸化过程,以温度为单一影响因素,考察碳酸化粒度分布,结合XRD,SEM,FT-IR,TG-DTA等手段对精炼渣碳酸化效果进行探讨。结果表明,精炼渣碳酸化各因素主次关系为:粒径>CO₂通气量>反应温度>转速>液固比;碳酸化后精炼渣中f-CaO、Ca₂SiO₄、Ca₃SiO₅、12CaO·7Al₂O₃消失,CaCO₃晶型增加明显,且以方解石为主;不同温度(20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃)碳酸化后精炼渣总的热分解失重百分率分别为:35.26%、35.24%、34.36%和27.29%。     

煤气化渣的高值化利用研究进展

煤气化是煤炭清洁高效利用的重要方式，不可避免地会产生大量煤气化渣；基于我国生态环境建设和污染治理政策法规的要求，煤气化渣高效回收利用已成为煤基固废利用方向的研究热点。煤气化渣主要由未燃尽炭和灰组分组成，其中灰组分主要包括SiO₂、Al₂O₃、CaO和Fe₂O₃等，是硅、铝、钙、铁等元素的廉价来源之一。分析了煤气化渣的粒度特征和物化特征，总结对比了煤气化渣制备硅基材料、铝基材料、催化剂/催化剂载体、陶瓷材料、用作橡塑填料等高值化利用途径的技术特点，提出了煤气化渣未来发展需要考虑的几点问题，以期为煤气化渣高值化利用提供参考。     

废旧高铝砖在LF精炼渣中的溶解行为研究

LF精炼渣中Al₂O₃通常来源于铝矾土,其成分与废旧高铝砖相近,因此可用废旧高铝砖替代铝矾土作为LF精炼炉的造渣剂。将废旧高铝砖切割为?17.3 mm×12.0 mm的试样与精炼渣分别在1 600℃反应5、10、15和25 min,分析了废旧高铝砖试样在精炼渣中反应不同时间后的溶解率、显微形貌及溶解后精炼渣成分,探讨了废旧高铝砖在精炼渣中的溶解机制。结果表明：高铝砖溶解后与精炼渣存在明显的边界层,精炼渣中MgO会优先扩散至边界层与试样溶解的Al₂O₃形成Al₂O₃-MgO固溶体,随着反应时间的增加,Al₂O₃-MgO固溶体逐渐增多,反应后期在试样表面形成Al₂O₃-MgO固溶层,抑制了溶解产物铝酸钙相向精炼渣中扩散;反应25 min后,高铝砖试样溶解率达35%,且与反应5 min后的精炼渣相比,精炼渣中Al₂O₃含量(w)由2...     

利用垃圾焚烧渣制备陶瓷透水路面砖的试验研究

垃圾焚烧渣是一种危险的固体废弃物,无害化利用垃圾焚烧渣具有重要意义。以垃圾焚烧渣为主要原料,通过高温烧结工艺制备了一种综合性能较佳的透水砖,研究了垃圾焚烧渣的添加量与烧成温度对样品结构与性能的影响规律。结果表明：添加适量的废玻璃及适当提高烧成温度能够改善试样的强度及环境安全性;当垃圾焚烧渣、废玻璃与煤粉(外加)的添加量分别为60%、40%、20%(质量分数)时,在1 200℃下烧成制品的透水系数、抗折强度与抗压强度分别为0.58 mm/s、6.23 MPa和18.58 MPa,其强度和透水系数分别达到了R_f4.5与B等级,且制品的Cu²⁺、Pb³⁺和Zn²⁺浸出浓度满足GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》要求。XRD与SEM-EDS分析结果表明,由废玻璃熔融而成的高温液相溶解了三氧化二铅、氧化锌和氧化铜,抑制了Cu²⁺、Pb³⁺和Zn²⁺的浸出。提高烧成温度能够降低样品的气孔率,促进三氧化二铅、氧化锌与氧化铜的...     

硅酸盐细菌对电解锰渣中有效硅的活化研究

为实现电解锰渣中硅的资源化利用,采用摇瓶浸出研究硅酸盐细菌(胶质芽孢杆菌,Bacillus mucilaginosus,BMN)对电解锰渣中有效硅的浸出效果,探究培养基、电解锰渣的粒径大小、体系的pH值、培养时间、培养温度、摇床转速等六个因素对硅浸出效果的影响.研究表明:采用阿什比基质矿物盐培养基,调节矿浆浓度至10％,培养基中细菌初始浓度为107个/mL,电解锰废渣的粒径为80目、体系pH值为7.0～7.2、30℃时以180 r·min-1的转速培养20 d后,硅酸盐细菌的浸出液中SiO2质量浓度可达93.88 mg/L.表明硅酸盐细菌对电解锰渣有一定的脱硅能力,为电解锰渣的资源化利用提供可能.     

不锈钢渣理化性质分析与应用研究

借助于XRD、SEM和DSC/TG等测试分析手段进行不锈钢渣理化性质分析与表征.结果表明:不锈钢渣化学成分主要是SiO2和CaO,其次是MgO、Al2O3及Fe2O3;矿物组成包括硅酸三钙(Ca3SiO5)、硅酸二钙(Ca2SiO4)、硅钙石(Ca3Si2O7)、硅酸钙(CaSiO3)及RO相;微观结构由许多尺寸大小不等的颗粒组成,孔隙大、结构疏松;内外照射指数IRa和Iγ均小于1.0,符合GB 6566-2010标准;当不锈钢渣质量百分比掺量为30%时,28 d抗压强度基本达到P· C32.5复合硅酸盐水泥标准,且7 d活性指数显著高于28 d活性指数.并依据研究结果分析不锈钢渣在水泥、混凝土及建筑材料领域资源化利用的可行性.     

Ⅱ型无水磷石膏凝结硬化过程调控技术

为改善Ⅱ型无水磷石膏水化活性低、凝结硬化缓慢的问题,研制了一种复合助剂(β-半水石膏6%、改性钢渣3%、K₂SO₄ 2%、铝酸钙水泥0.5%)。研究表明,掺入复合助剂后Ⅱ型无水磷石膏初凝时间由744min (空白样)缩短至76min (改性样)。在此基础上添加25%的高炉矿渣微粉改善力学性能和耐水性,改性后的胶凝材料绝干抗压强度达到15.4MPa,软化系数达到0.83。研究了胶凝体系的水化率、液相离子浓度随时间的变化规律,结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对水化产物和水化硬化机理进行了分析。复合助剂加速了Ⅱ型无水磷石膏的溶解及二水石膏晶核的生成和长大,提高了Ⅱ型无水磷石膏的水化率,与矿渣协同作用促进生成3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O、3CaO·Fe₂O₃·3CaSO₄·32H₂O等多种低溶度积复盐,改善了胶凝材料的凝结硬化性能和耐水性。     

20℃下碳酸钙微粉对铝酸钙水泥水化行为的影响

采用板状刚玉颗粒和细粉、α-Al₂O₃微粉、碳酸钙微粉、铝酸钙水泥（CAC）等原料制备了刚玉质浇注料,研究了20℃下碳酸钙微粉对CAC水化速率、水化产物的相组成和显微结构的影响,同时也探究了碳酸钙微粉加入量（0～1.5%,w）对CAC结合刚玉质浇注料养护过程中强度的影响。结果表明：在20℃下,未加入碳酸钙微粉时,CAC水化速率较慢,水化产物主要为针柱状的CAH₁₀;加入碳酸钙微粉后,CAC水化速率明显提升,且其主要的水化产物从针柱状的CAH₁₀转变成片状的C₄ACH₁₁。碳酸钙微粉的引入加速了CAC的水化,使得水化产物数量增多,CAC结合浇注料的养护强度显著提升。     

CaO含量对镧硼硅酸盐玻璃陶瓷晶相和化学稳定性的影响

采用熔融冷却法制备了Na₂O-CaO-La₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃,经热处理获得了硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、产品一致性试验(PCT)法等方法探究了CaO取代SiO₂对该硼硅酸盐玻璃陶瓷物相、微观结构和化学稳定性的影响规律。结果显示:随着CaO含量增加,硅酸盐氧基磷灰石晶相衍射峰增强,其他晶相的衍射峰减弱直至消失,当CaO摩尔分数为15%时获得只含CaLa₄(SiO₄)₃O晶相的玻璃陶瓷样品;CaO含量会对玻璃陶瓷的晶相种类和晶体形状、大小、分布产生影响,CaO含量变化会造成陶瓷相晶体发生团簇和长大;采用PCT法浸泡28 d后,所有样品关于Si、Ca、La三种元素的归一化浸出率(g·m^-2·d^-1)均保持在10^-3数量级以下,表明其具有优异的化学稳定性,且CaO摩尔分数为15%的玻璃陶瓷样品化学稳定性最优异。研究结果表明,硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷是固化富La和某些锕系元素高放废物的潜在基材。     

熔盐法合成α-Si3N4-AlN复合粉体及其抗水化性能

以Si粉、三聚氰胺(C₃H₆N₆)和AlN粉为原料，以NaCl-NaBr为熔盐介质，采用熔盐法(以盐、料质量比为2∶1)制备α-Si₃N₄-AlN复合粉体。研究了反应原料中AlN粉添加量(m(Si粉)∶m(C₃H₆N₆)∶m(AlN粉)分别为1∶2∶0、1∶2∶0.2、1∶2∶0.4、1∶2∶0.6和1∶2∶1)和反应温度(分别为1 100、1 150和1 200℃)对制备的α-Si₃N₄-AlN复合粉体物相组成、显微结构和抗水化性能的影响。结果表明：在Si粉、C₃H₆N₆、AlN粉质量比为1∶2∶0.6时，在1 200℃保温2 h后，Si粉被全部氮化为α-Si₃N₄,所得产物α-Si₃N₄-AlN复合粉的抗水化性能比...