锰被广泛应用于化工、钢铁、有色金属、电子、航天、农业等重要工业领域,是国民经济重要的工业原料及战略资源。电解锰企业生产锰产品创造经济效益的同时,大量电解锰渣的堆弃给生态环境造成不同程度的污染。本次研究选取松桃县的电解锰渣作为研究对象,分析电解锰渣基本理化性质及浸出毒性的基础上,确定了特征污染物,提出了采用水洗和热解的方法无害化电解锰渣,用电解锰渣-水泥、电解锰渣-电石渣、电解锰渣-电石渣-赤泥、电解锰渣-飞灰协同处置制备胶凝固化体,探索不同配比对电解锰渣胶凝固化效果的影响及浸出毒性的影响。为了研究胶结固化反应机理,结合XRD、SEM等分析手段,对不同材料的固化体的矿物组成、化学结构以及表面形貌进行了对比分析。得出以下结论:(1)电解锰渣电解锰渣主要矿物为二水石膏(Ca SO₄·2H₂O)、石英(Si O₂)、Al₂O₃和赤铁矿(Fe₂O₃)、硫酸钙(Ca SO4),主要化学成分包括Si O₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Ca O、SO₃、Mn O。(2)通过浸出毒性试验,锰、氨氮、硫酸盐浓度范围分别为28~1460、0.986~792、1060~9700mg/L,其中新渣浸出液中氨氮的超标倍数为23~32倍,Mn的超标倍数高达470~730倍,且硫酸盐的含量大于1500mg/L,其主要特征污染物为锰离子(Mn²⁺)、氨氮(NH₄⁺-N)、硫酸盐(SO₄^2-)。(3)本研究认为1:2固液比较为合适,洗涤时间5min与180min污染物溶出浓度差别不大。锰离子和氨氮洗出量越来越少,第一次洗出效率最高,氨氮第一次洗涤的去除效率84%,锰第一次洗涤的去除效率91.7%。浓缩洗涤实验结果表明电解锰渣的主要污染物氨氮浓缩洗涤效果较好,有利于洗涤液硫酸铵结晶回收资源化利用,锰洗涤浓缩到1.2g/100g后,洗涤效率降低,建议控制在7次洗涤。(4)在对锰渣的热解分析和热重分析,100~200℃,为锰渣自由水脱水失重;300~400℃,为二水石膏脱去结晶水失重;400~800℃,为硫酸铵分解失重,二水石膏、硫酸铵进一步分解。(5)电解锰渣-水泥的正交实验每个因素的最佳水平为水泥添加量为15%,砂石20%。试块的水浸毒性低于实验结果低于地下水质量标准(GBT14848-2017)Ⅰ类标准。综合成本和强度等因素,电解锰渣-电石渣胶凝固化试验中最佳配比为配方4(电解锰渣:85%;电石渣:15%)。在飞灰与电解锰渣的复合协同效应作用下,在电解锰渣与飞灰掺量达到2:1时,胶凝材料的各项性能能够满足国家标准对32.5#普通水泥的性能要求。水洗和热解能有效解决电解锰渣胶凝固化前脱氨,建议筛选易获得、价格低廉的碱处理剂,优化处理条件,提升锰渣中NH₄⁺-N的有效脱除,消除养护阶段NH₃释放污染,实现电解锰渣井下充填的安全性,提高电解锰渣掺量,增加消纳量,是实现电解锰渣胶凝固化以实现资源化的有效途径。