[發明專利]一種基于錳渣、粉煤灰的地質聚合物凝膠材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710369417.9
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN108947286A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 韓鳳蘭;王亞光
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: C04B12/00
• 分類號: C04B12/00;C04B7/26;C04B7/153
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明公開了一種用錳渣、粉煤灰作原料制備的質聚合物凝膠材料及其制備方法和應用，所述組合物包括以固體組分和激發組分計，65?85wt％的固體組分和15?35wt％的激發組分，所述組合物還包括防水劑；所述固體組分由粉煤灰或錳渣和粉煤灰的混合物組成，所述混合物中錳渣和粉煤灰的重量比為1:(0.5～15)；所述激發組分由激發劑組成。在所述制備過程中，不產生二次廢渣、廢水和廢氣，實現安全綠化實施；所述地質聚合物凝膠材料具有快凝早強、強度適中、工藝簡單、生產成本低、安全有效、耐久性能好等特點；所述材料可用于建筑、土木工程和快速修補材料中；實現工業固廢資源化。

技術領域

本發明屬于地質聚合物凝膠材料技術領域，具體涉及一種基于錳渣、粉煤灰的地質聚合物凝膠材料及其制備方法和應用。

背景技術

我國電解錳的生產總量占全球總量的98.6％，其中接近80％的電解錳是以碳酸錳礦石為原料生產。由于我國碳酸錳礦石平均品位低，電解錳生產的精礦和電解錳渣的重量比約為1:8。我國每年錳渣排放量高達800萬噸左右，大量的錳渣不僅占用堆存場地，而且產生了嚴重的環境污染問題。據悉，錳渣在長期的風化淋溶作用下，對周邊的土壤、地表水、地下水體系造成污染，而且由于淋出液中含有呈棕褐色的泥炭和礦物質，會影響河床和水體的顏色；錳渣中的可溶性礦物質元素還會直接威脅動物和人類的身體健康，過量錳元素可使人類肝功能受損、腸道不暢、神經系統功能性障礙；硒過量易引起頭發脫落、指甲變形。

粉煤灰主要指燃煤電廠鍋爐煙氣經過除塵器收集后獲得的細小飛灰和爐渣。粉煤灰的產生量很大，通常1噸煤燃燒后產生250～300kg粉煤灰。中國作為煤炭大國，粉煤灰產量一直居高不下，中國粉煤灰的開發利用率近年在70％左右，預計2020年，我國粉煤灰總堆存量將達到30多億噸。大量堆放的粉煤灰不僅浪費土地，而且會對土壤、大氣等造成嚴重污染，給人類身體健康帶來危害。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種包括錳渣、粉煤灰和防水劑的地質聚合物凝膠材料，所述地質聚合物凝膠材料具有優異的力學性能，同時還具有優異的抗裂紋性能、耐久性能和防水防滲透性能，最為重要的是，其還可以實現對錳渣中重金屬的固封，使其難以溶解于水溶性的體系中，在使用過程中，不會造成重金屬的外泄，對環境也沒有任何負面影響，是解決錳渣再利用的一種有效途徑；所述防水劑的加入，對于固封的效果更佳顯著，有效減緩了地質聚合物凝膠材料的開裂，進一步抑制了重金屬外泄對環境造成的污染。

本發明的目的之二在于提供一種制備上述地質聚合物凝膠材料的方法，發明人研究發現，工業廢錳渣，尤其是以碳酸錳礦石為原料電解生產錳時產生的電解錳渣中含有大量的重金屬元素(如鉻、錳、鉛、鎘等)，不能簡單地將其作為一般廢渣(如礦渣、鋼渣等)進行處理，而要充分考慮到其中所含有的大量的重金屬離子，在使用過程中是否會溢出而造成環境污染等問題。研究人經過大量的實驗研究發現，以工業廢錳渣，尤其是以碳酸錳礦石為原料電解生產錳時產生的電解錳渣和粉煤灰為主要原料制備地質聚合物凝膠材料，能夠作為所述錳渣和粉煤灰無害化處理的有效途徑，并且該方法工藝簡單，可以實現工業化生產。

第一方面，本發明提供一種地質聚合物凝膠材料用組合物，所述組合物包括以固體組分和激發組分計，65-85wt％的固體組分和15-35wt％的激發組分，所述組合物還包括防水劑；所述固體組分由錳渣和粉煤灰的混合物組成；所述防水劑的用量為相當于固體組分重量的2-6wt％；所述混合物中錳渣和粉煤灰的重量比為1:(0.5～15)；所述激發組分由激發劑組成。

優選地，所述錳渣和粉煤灰的重量比為1:(1～10)；還優選為1:(1～9)。

優選地，以固體組分和激發組分計，所述固體組分的含量為70-80wt％，所述激發組分的含量為20-30wt％。

優選地，所述防水劑的用量為相當于固體組分重量的3-5wt％。

根據本發明，所述激發劑包括水玻璃和氫氧化鈉。