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近年来,我国锰业发展迅速,已成为全球最大的电解锰生产、消费及出口国,产能和产量均占世界的95%以上。而电解锰渣是电解金属锰生产过程中产生的酸性废渣,其颗粒细小,含水率高,且可溶性锰(Mn)和游离态氨氮(NH4+-N)的含量严重超标,电解锰渣是电解锰行业最大、最危险的污染源。由于技术原因的限制,我国主要采取渣库露天堆存的方式处理电解锰渣,长期堆存过程中高浓度的锰离子和NH4+-N随着渗滤液进入土壤、河流,对周围的环境造成严重的危害。因此,对电解锰渣进行无害化处理成为处理电解锰渣的首要选择。本论文以贵州铜仁某电解锰厂的电解锰渣为研究对象,通过对其理化性质进行深入探讨的基础上,提出采用铜渣(CS)与磷酸二氢钠(P)制备铜渣基磷酸盐胶凝材料与外加剂协同固化电解锰渣,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)等分析手段对胶凝材料和电解锰渣固化体进行表征分析,揭示铜渣基磷酸盐胶凝材料形成及电解锰渣的固化反应机理。研究获得的成果与结论如下:(1)电解锰渣矿物组成发现,锰渣结晶形态较好,主要含CaS04·2H20和SiO2。Mn 和 NH4+-N 主要以 MnS04·2H20、(NH4)2SO4、(NH4)2Mn(S04)2·6H20和(NH4)2Mg(S04)2.6H20的形式存在。电解锰渣的毒性浸出显示,Mn2+和NH4+-N的浸出浓度最高,分别为1082.43 mg/L和396.76 mg/L,是GB8978-1996《污水综合排放标准》的541倍和26倍,远超标限值。(2)通过实验确定铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方案,即当m(CS/P)=3:1、水灰比为0.11时,胶凝材料的抗压强度最高,1、3、7、28 d的抗压强度分别为26.9、33.6、36.1、42.0 MPa,凝结时间为5.0 min。缓凝剂种类及掺量的影响结果表明硼砂、硼酸和三聚磷酸钠均对胶凝材料起到缓凝作用,但硼酸和三聚磷酸钠却抑制材料抗压强度的发展。而当硼砂掺量为0.5%时,胶凝材料的抗压强度得到显著提升,1、3、7、28 d的抗压强度分别为34.4、36.3、39.9、47.2 MPa,凝结时间为8.35 min。(3)经XRD、SEM、FT-IR等表征分析表明,铜渣基磷酸盐胶凝材料的主要水化胶凝相为 FeH2P3O10、Fe(H2PO4)3、Fe(PO3)2、Fe(PO3)3、Fe5P4O20H10、Mg3(PO4)2、Mg(H2P04)2等,体系胶凝相相互胶结且与未反应物质紧密连接成一个整体,使得材料密实度提高,具有一定的抗压强度。(4)铜渣基磷酸盐胶凝材料与外加剂协同固化电解锰渣结果表明:当m(CS/P)=3:1,氧化镁掺量为5%时,对电解锰渣的固化效果最好。其中,电解锰渣的最大固容量为65%,在此条件下固化体1、3、7、28 d的抗压强度分别为9.0、13.4、17.1、20.3 MPa。锰离子的浸出浓度为1.15 mg/L,NH4+-N的浸出浓度为14.81 mg/L,符合GB8978-1996《污水综合排放标准》要求。(5)对电解锰渣固化体进行XRD、SEM、FT-IR表征分析,固化电解锰渣的反应机理较为复杂。固化体中锰离子及NH4+-N通过形成低溶解度的磷酸盐化学沉淀 Mn3(P04)2、MnP04·1.5H20、Mn3(P04)2·1.5H20、NH4FeP04·H20 和NH4MgP04.6H20等。同时,铜渣基磷酸盐胶凝材料还能通过物理包裹和物理吸附对其进行物理固封,使固化体具有较高致密性和力学性能。使用铜渣基磷酸盐胶凝材料对电解锰渣进行固化处理,通过化学沉淀、物理包裹和物理吸附三重作用实现电解锰渣的无害化处理。