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电解金属锰被广泛应用于钢铁冶炼、合金制造业、材料工业(磁性材料和电子材料等)以及化学工业等领域,是一种重要的工业原料。我国电解金属锰工业迅速发展带动了经济的发展,但同时付出的环境代价也是十分沉重的。解决电解金属锰工业的污染问题已是迫在眉睫。为了使废弃的电解金属锰废渣化废为宝,必须对锰渣废弃物进行有效合理的开发利用。本论文以回收利用废弃物的环保理念,选取电解锰废渣作为细集料来制备一种性能优良的硫磺混凝土,不仅有效合理地利用了废弃物,而且减少了硫磺混凝土中砂子和石子等天然集料的用量。所制备的硫磺混凝土试块经过一系列检测和表征,表明其具有优异的力学性能、超强的抗腐蚀能力以及超低的吸水率等,此外,重金属渗出率以及其余指标均符合国家标准规范。主要研究内容如下:
(1)以电解金属锰废渣、硫磺,砂子和改性剂为原料,通过配比试验,成功制备了一种新型的硫磺混凝土试块,该种试块性能较为优良,7天最高抗压强度和抗折强度分别达到63.17MPa和9.47MPa以上;试块密度与普通混凝土相近,但渗水率却极低,平均渗水率只有0.31%;抗腐蚀能力试验结果显示,试块的抗腐蚀能力较强,尤其是抗强酸的能力较强,硫磺混凝土试块在98wt%的浓硫酸浸泡24h后,质量和抗压强度损失分别只有0.3%和3.5%,而同样条件下,普通混凝土试块腐蚀较为严重,表面脱落现象严重;重金属浸出试验结果显示,试块5个月的有害重金属浸出量都极低,远远低于国家标准所要求的最高限度;微结构观测结果显示,硫磺混凝土试块内部结构致密,孔洞和裂缝极少。
(2)以纤维为增强材料对硫磺混凝土试块进行增强试验,分别选用E-玻璃纤维、玄武岩纤维和聚酯纤维,经过配比试验,选定了各种纤维的最佳掺量和长度,E-玻璃纤维的最佳掺量和长度分别为0.2wt%和3cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为53.35MPa和18.13MPa;玄武岩纤维为0.2wt%和2cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为57.08MPa和21.32MPa;聚酯纤维为0.2-0.3wt%和2cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为59.63MPa和19.43MPa。掺加纤维的试块密度有所降低,渗水率有所提高,但对其性能影响较小;抗腐蚀试验和重金属试验结果显示,掺加纤维的试块抗腐蚀有所降低,重金属浸出量有所提高,但对其性能影响较小;微结构观测结果显示,掺加纤维的硫磺混凝土试块内部结构致密,纤维和集料粘结良好,孔洞和裂缝极少。
(3)以橡胶为增强材料对硫磺混凝土试块进行增强试验,分别选用天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶,经过配比试验,选定了各种橡胶的最佳掺量和粒度,天然橡胶的最佳掺量和粒度分别为4.0~5.0wt%和0.05~0.1cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为46.46~50.08MPa和15.17~18.97MPa;顺丁橡胶为2.0~4.0wt%和0.1~0.2cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为48.68~54.77MPa和12.84~15.35MPa;丁苯橡胶为3.0~4.0 wt%和0.1~0.3cm,此配比下的抗压和抗折强度分别为54.25~57.26MPa和15.41~19.03MPa。掺加橡胶的试块密度有所降低,渗水率有所提高,但对其性能影响较小;抗腐蚀试验和重金属试验结果显示,掺加橡胶的试块抗腐蚀有所降低,重金属浸出量有所提高,但对其性能影响较小;微结构观测结果显示,掺加橡胶的硫磺混凝土试块内部结构致密,橡胶和集料粘结良好,孔洞和裂缝极少。
(4)依据相关文献和专利的报道,提出了本试验的硫磺改性的可能机理,并对未改性硫磺和改性硫磺进行了电镜观测试验,结果显示,改性后的硫磺内部结构致密,孔洞和裂缝极少,而未改性的硫磺存在一定量的孔洞和裂缝。另外,分别利用未改性硫磺和改性硫磺制作的试块显示,未改性硫磺试块收缩较大,而改性硫磺试块基本无收缩。