锰渣微区玻化机制及其胶凝性能研究

国内锰渣70%未得到充分利用，已成为占用土地和影响生态环境的突出问题。研究证实锰渣宏观上具有多孔结构，微观上为玻璃体和结晶体复合结构；其潜在水硬性和潜在火山灰性均与玻璃相含量成正相关关系。申请者提出"微区玻化"方法提高锰渣中玻璃相含量，进而提高其胶凝性。使用离子-共价两性物质与碱（土）金属的复合物做相调节剂在线助熔结晶质锰渣熔融；以熔融体内Mn2+和外加多配位TiO2质矿渣作为晶核剂，利用核化-生长玻璃分相方法，在适当热处理制度下形成富硅玻璃相和富钙玻璃相分相的玻璃相锰渣；通过控制过冷度和降低熔体表面张力使熔融体向玻璃化转变在亚微米尺度（0.1-1μm）上进行。预期可得到玻璃体含量95%以上的高玻相锰渣，锰渣微粉28d活性指数达100%，项目将为铁合金行业硅锰渣、水淬锰渣作为胶凝性材料应用提供理论基础和技术支持。

随着我国铁合金工业的迅速发展，产生了大量锰渣，经成为占用土地和影响生态环境的突出问题。锰渣本质上是一种MnO含量较高的矿渣，具有一定潜在水硬活性和潜在火山灰性，开展锰渣作为辅助胶凝材料的研究具有极大经济价值和重要现实意义。本项目提出采用物相调控方法提高其活性。具体有两种途径：一是采用微区玻化方法来提高锰渣玻璃体含量来提高锰渣活性，即采用合适的相调节剂，充分利用利用其助熔和改性网络结构作用，来提高锰渣玻璃相含量，进而提高锰渣活性；二是采用提增加活性矿物——贝利特相来提高锰渣活性，具体是指利用石灰石作为校正组分，使其在适当温度煅烧下与锰渣中原有硅质原料发生固相反应，从而制备出高贝利特相锰渣。.研究表明：外加质量分数15%B2O3、在1300°C下煅烧，并保温1h，经水淬冷却的锰渣玻璃相达到91.2%。其7d活性指数为52.1%，28d活性指数达到81.7%，比原始锰渣提高了16.5%；外加质量分数10%Na2O、经过1400°C煅烧处理，净化1h，经水淬冷却处理的锰渣玻璃相含量为98.5%，其7d活性指数为62.4%，28d活性指数达到88.9%，比处理前提高了23.7%。IR分析表明，经玻化处理的高玻相锰渣中Al原子以六配位存在于锰渣玻璃网络之外，从而促进了水化活性的发挥。外加60.6%的石灰石，即钙硅摩尔比为4.0时，在1250°C条件下煅烧1.5h，经风冷处理的锰渣中贝利特相含量最高。此时在高贝利特改性锰渣的基础上，再加入不同掺量的钡泥和NH4H2PO4作为晶型稳定剂，以此稳定β-Ca2SiO4，改变硅酸二钙的晶格畸变，进一步提高高贝利特改性锰渣的水硬活性。研究发现，外掺4.5%钡泥和外掺2.0%P2O5的高贝利特锰渣的28天活性指数均比改性锰渣高出6%和2%。.将改性锰渣微粉作为混合材用于水泥、砂浆，作掺合料用于普通混凝土时，对水泥基材料并无明显不利影响，可作为矿渣的替代材料应用于建筑行业。本研究所提出的微区玻化和贝利特相促稳技术思路可为锰渣的建材资源化利用提供理论参考和技术支撑。