锰渣在水泥混合材中的应用

摘要：锰渣作为一种生产渣料，与沸石通过参与化学反应从被水泥混合材所利用，并且适用一些列的高科技加工工艺技术，对锰渣在复合水泥形成的应用进行研究和分析，最终得出结论。本文中，将从锰渣与沸石的性质特点进行分析，从而对锰渣在水泥中的应用进行探究。

关键词：锰渣；沸石；混合材

一、原有技术的分析

锰渣是由高锰铁和锰合金经加工生产中所产生的工业渣料，其成分是以硅酸盐为主要的熔融物，冷却后呈颗粒状。化学成分有SiO2、CaO、Al2O3、MgO、MnO等元素。目前，在我国利用锰渣来进行混合材料制成技术仍处于科研发展阶段，对于生产过程中出现的问题也不能得以很好的解决，例如生产出的大量锰渣只能集中堆放，使锰渣占地面积增大，生产空间缩小，因此无形中增加了生产成本。由于过于集中存放，锰渣中含有的Mn、Cr等元素会受到雨水或潮湿的影响，很容易产生流失，从而对水资源造成污染。现阶段对锰渣的处理和利用范围局限，且技术较为落后，达不到理想的生产处理效果。

沸石是一种天然硅铝酸盐矿石，经过高温灼烧后会产生沸腾现象。后来，沸石被应用为水泥混合材料，其活性强、需水量大，因而在很大程度上阻碍了应用和发展。沸石中含有大量的Al3+离子，将沸石与锰渣进行混合时，这些Al3+离子会吸附在锰渣颗粒的表面，从而促使锰渣与混合浆体的化学反应，并加速水化过程以及锰渣的火山灰反应速率。由于沸石的结构呈松散状，经过内部结构的重新组合，可使Al3+改变原有的反应状态，与锰渣和水泥浆体中的铝酸盐反应后成钙矾石，降低其中CH浓度含量，激发火山灰活性，并且强化胶砂体强度。

二、锰渣的技术处理

1、物理激发

物理激发是指锰渣在初始状态下受到来自外界的物理作用力，从而发生形态的改变。当锰渣在经过机械加工粉碎后，形成尺寸较小的颗粒结晶，这种小颗粒会造成锰渣颗粒晶格缺陷、畸形甚至会变成无定型物质。这种物理激发课改变锰渣的基本性质，并且提高化学活性，降低反应条件或是会促发全新的化学反应。物理激发会对锰渣产生如下作用：

①物理效应：由大颗粒转化为小颗粒，颗粒结晶被细化，产生细微裂纹，密度发生变化；

②结晶物质：造成晶格的缺陷和畸形，生成无定型物质，性质发生转变；

③化学变化：其中含有大量的洁净水或OH羟基脱水，改变锰渣内部体系的活化能，从而产生新化合物结晶，化学键发生断裂，从而使物质发生化学变化。

鉴于此，我们通过实验，将废弃锰渣通过磨机将其磨细到一定的程度，激发其潜在活性。处理过程简要为烘干、粉磨（粉磨同时加入沸石），所得的微粉按标准试验，各项性能符合国家标准，能满足水泥混合材的技术要求。

2、化学激发

化学激发剂可以使锰矿渣的活性得到激发，使其水化后的强度得到提高。锰渣的化学效应指锰渣由于参与化学反应对水泥强度的贡献作用，应包含玻璃体解体后自身发挥潜在水硬活性的水化反应和吸收熟料水化产物Ca（OH）2发生的火山灰反应，因此锰矿渣化学效应包含潜在效应和火山灰效应。实际上锰矿渣水泥的水化过程并不像理论模型那么简单，即使锰矿渣玻璃体解体后发生自水化反应的产物也可能再与Ca（OH）2继续反应，因此锰矿渣粉的这两种化学效应很难区分。

三、锰渣对水泥混合材性能的影响

1、锰渣对水泥混合材工作性能的影响

研究表明：随着锰渣掺量的增加，水泥的坍落度变大，掺量为15%、30%时水泥坍落度增长较缓慢，当掺量大于30%时坍落度增长速率加大，这主要由于随着锰渣掺量增加，水泥用量减少，早期水化反应较慢，黏结性能较弱。同时，随着锰渣掺量的增加，泌水率略有增大。经正交试验得出：用水量和锰渣比表面积是影响水泥混合材坍落度的主要因素，其中用水量的影响最大，其次是锰渣的比表面积，再次是锰渣的掺量。

2、锰渣对水泥水化过程的影响

掺入锰渣后水泥的水化过程与硅酸盐水泥的水化过程相似，其主要区别在于水泥中的锰渣的水化过程和水化产物。通过XRD与SEM观察分析得出：掺有20%锰渣的水泥在水化早期，主要是以熟料的水化为主，生成了钙矾石和少量颗粒状C-S-H凝胶，同时水化产物和未水化颗粒相互穿插存在；在水化3d后，掺入的锰渣开始发生水化作用，生成了较多的钙矾石、C-S-H凝胶，产生的沸石类矿物以及水化硅酸钙填充在锰渣废弃物颗粒之间，填充了孔隙；水化到7d，水化产物除了C-S-H凝胶和铝酸钙，还生成了大量的板状自形的片沸石类矿物、杆状或柱状的钙沸石类矿物、立方体形的杆沸石类矿物以及无定形凝胶状的、化学组成上近似于片沸石的沸石类矿物。

3、锰渣对水泥混合材力学性能的影响

大量研究表明：锰渣的掺量对水泥混合材各个龄期的强度影响很大。早期强度随掺量的增加迅速下降，中期强度下降速度减慢，后期在掺量为30%时强度保持不变，50%后下降明显。由于锰渣的水化速度小于水泥，水泥混合材的早期强度几乎都由水泥水化提供，随着水泥水化时析出Ca（OH）2，锰渣处于这种碱性介质中，其中的硅铝玻璃体中的部分Si-O、Al-O键在极性较强的OH-、Ca2+发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而产生强度，这使得掺有锰渣的水泥混合材的中期强度下降变缓，后期强度能保持不变。

4、锰渣对水泥混合材收缩性能的影响

研究表明：锰渣水泥混合材干缩值与龄期有关，随着龄期的增长其干缩值逐级变大，其中早期的干缩值增长率较大，后期的干缩值增长率较小。因此需要加强锰渣水泥混合材早期的养护。研究结果表明：锰渣水泥混合材的干缩值与锰渣的掺量和水灰比有关。掺入30%的锰渣，砂浆的49d干缩值与未掺入锰渣砂浆相比，随着水灰比的递增，分别下降7.5%、增大20%、19%、14%，干缩的程度变化不大。

5、锰渣对水泥混合材耐久性的影响

研究表明，当掺入适量的锰渣时，水泥混合材的抗渗等级有一定的提高。陈平等研究表明，渣矿掺量在0～15%范围内不影响锰渣水泥混合材抗冻性，当锰渣矿掺量大于15%时，锰渣水泥混合材抗冻性随着锰渣掺量的增加而变弱。随着锰渣掺量的增加，水泥混合材的耐磨性降低。为了提高锰渣水泥混合材的耐磨性，必须提高锰渣矿物中活性矿渣参与水化反应的速度和减少锰渣中惰性矿渣的含量。

四、锰渣掺合料在研究与应用中的不足

目前，锰渣作为水泥混合材掺合料的研究与应用已经引起了国内外的一些专家与学者的关注。锰渣掺合料在研究与应用中的不足主要有：①研究人员少，重视程度还不够，矿渣、粉煤灰等在水泥混合材中广泛应用，取得了良好的经济与社会效益，虽然锰渣用于水泥混合材具有一定的优良性，但由于诸多原因，人们对于在水泥混合材中锰渣的应用至今仍没有给予足够的重视；②当前对于锰渣掺合料只进行了简单和探索性研究，锰渣对于水泥水化、硬化的影响机理研究还不够深入，对于锰渣水泥混合材的长期性耐久性方面研究太少；③锰渣掺合料活性进一步增强与激发方面研究太少；④锰渣掺合料在水泥混合材应用中产生负面效应的降低所需的技术还不够成熟。

五、小结

综上所述，锰渣与沸石作为水泥混合材的主要混合反应物质，通过高细粉磨和添加硫酸钠作为发生反应的催化剂，从而激发锰渣与废纸的火山灰活性。经过专业的实践研究证实，来检测锰渣会水泥混合材性能的影响，从而提高水泥混合材在建筑工程建设能够的总体性能。

参考文献：

[1]卿富安.锰渣综合利用工艺研究[J].四川化工，2015（3）

[2]苗琛，沈振球，王小鹏，李东旭.锰渣和沸石作为水泥混合材的研究[J].混凝土，2011（9）