[發(fā)明專利]一種基于銅尾礦的地聚合物凝膠材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110491239.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113173746A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冬冬;楊志杰;譚波;馮天彥;沙成豪;瞿廣飛;張英杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/00
• 分類號(hào): C04B28/00
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 張玉

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于銅尾礦的地聚合物凝膠材料及其制備方法，所采用的制備方法包括以下步驟：將所采樣取得銅尾礦通過(guò)研磨經(jīng)過(guò)篩分，篩分所得原料中加入改性劑改性，將上述復(fù)合粉體中加入水玻璃，通過(guò)加入氫氧化鈉改變水玻璃模數(shù)，攪拌均勻得到漿體；將所得漿體澆筑到模具中，經(jīng)振壓成型后，在不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間養(yǎng)護(hù)條件下，得到地聚合物凝膠材料。本發(fā)明基于銅尾礦在加入偏高嶺土和粉煤灰改性后，堿激發(fā)劑條件下制備地聚合物；大量處置銅尾礦，有效解決銅尾礦和粉煤灰?guī)?lái)的環(huán)境問(wèn)題；對(duì)重金屬固化穩(wěn)定化效率高、時(shí)間短；具有良好的力學(xué)性能；在最佳配比條件下其抗壓強(qiáng)度能達(dá)到43.6Mpa；優(yōu)于《通用硅酸鹽水泥》（GB175?2020）中硅酸鹽水泥的42.5R等級(jí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于銅尾礦的地聚合物凝膠材料及其制備方法。

背景技術(shù)

地聚合物是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)機(jī)高聚合凝膠材料，由法國(guó)科學(xué)家Joseph Davidovits于20世紀(jì)首先發(fā)現(xiàn)并命名；地聚合物發(fā)展到現(xiàn)在則包括了所有采用天然礦物或固體廢棄物制備成的已硅氧四面體與鋁氧四面體聚合而成的具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)靜態(tài)特征的三維網(wǎng)絡(luò)凝膠體；地聚合物通常是通過(guò)強(qiáng)堿激發(fā)富含硅鋁質(zhì)成分的原料（例如；粉煤灰、偏高嶺土、赤泥、鋼渣等）在一定條件下養(yǎng)護(hù)得到；這類凝膠材料具有水泥所不具備的優(yōu)異性能：早強(qiáng)快硬、體積穩(wěn)定性好、耐化學(xué)腐蝕、界面結(jié)合能力強(qiáng)、抗?jié)B性好、耐高溫性好、耐水熱性、耐久性好等特點(diǎn)；20世紀(jì)80年代美國(guó)等國(guó)家已在該類凝膠材料的發(fā)展領(lǐng)域取得階段性成果，目前已有30多個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)開(kāi)始成立此類凝膠材料的研究實(shí)驗(yàn)室。

銅尾礦是銅礦石經(jīng)過(guò)選別出銅精礦后剩余的固體廢料，我國(guó)原生銅礦資源相對(duì)較為匱乏，礦石資源品位較低（銅品位1%—2%），每年通過(guò)細(xì)粉、浮選等工藝獲得精礦后排放出大量的尾礦，尾礦的堆積危害主要表現(xiàn)為揚(yáng)塵帶來(lái)的大氣污染、滲濾液造成附近農(nóng)田重金屬污染、大量堆積的農(nóng)地生態(tài)破環(huán)等。因此，如何有效解決銅尾礦問(wèn)題已經(jīng)成為擺在礦區(qū)及全社會(huì)面前的重要課題。

目前，我國(guó)銅尾礦利用主要有以下幾個(gè)方面：（1）有價(jià)組分的再選回收；據(jù)相關(guān)研究，我國(guó)僅有25%的銅尾礦具有再選回收的價(jià)值，并且再回選以后依然還有大量尾礦堆存。（2）免燒磚等混凝土建筑材料；由于銅尾礦中重金屬含量較高，將銅尾礦制成免燒磚建筑材料其中重金屬?zèng)]有得到有效固化穩(wěn)定化，隨著時(shí)間其重金屬會(huì)浸出到環(huán)境當(dāng)中污染周邊環(huán)境。（3）制備高附加值產(chǎn)品；銅尾礦可以作為一種硅源材料的合成原料，例如生產(chǎn)白碳黑、石英砂、微晶玻璃板材等，但將銅尾礦制成高附加值產(chǎn)品其技術(shù)手段相對(duì)復(fù)雜，技術(shù)成本相對(duì)高昂。

粉煤灰含有一定的堿量和CaO量，一定的堿性環(huán)境可以有效改善兩種組分的活性，易被堿液激發(fā)，有利于N-A-S-H凝膠的生成，同時(shí)也會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)生成C-S-H凝膠(水化硅酸鈣和水化硅酸鋁)，提高產(chǎn)品的早期強(qiáng)度。在地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備過(guò)程中，原料提供的Si/Al比例的過(guò)高或過(guò)低，即銅尾礦高或偏高嶺土組分高，都將使地質(zhì)聚合反應(yīng)的程度降低，所生成的地聚物膠凝材料的強(qiáng)度下降。同時(shí)，水玻璃組分過(guò)高，造成帶入的堿量增加，出現(xiàn)過(guò)高的堿度腐蝕已經(jīng)生成的N-A-S-H凝膠的情況，降低產(chǎn)品強(qiáng)度。

銅尾礦是一種富含硅酸鹽、鋁酸鹽等礦物材料以及“有價(jià)元素”的復(fù)合材料，是利用銅尾礦制備地聚合物凝膠材料的重要表現(xiàn)；具有潛在的材料制備性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；武漢大學(xué)黃緒泉、侯浩波等利用鋼渣、礦渣、氟石膏基膠結(jié)材料固結(jié)銅尾礦，其尾礦固結(jié)體28d強(qiáng)度達(dá)到2.68Mpa。但是對(duì)于利用銅尾礦制備地質(zhì)聚合物這種新型材料的相關(guān)研究報(bào)道還十分少見(jiàn)。將銅尾礦制備地聚合物不僅能有效固化穩(wěn)定化其中重金屬含量，還能實(shí)現(xiàn)其較良好的力學(xué)性能，將其利用到各類建筑行業(yè)當(dāng)中有廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用銅尾礦加入偏高嶺土和粉煤灰改性，通過(guò)水玻璃在NaOH堿性條件下改變其模數(shù)堿性激發(fā)下制備地聚合物凝膠材料。

一種基于銅尾礦的地聚合物凝膠材料，所述凝膠材料由堿激發(fā)劑與復(fù)合礦物制備得到，所述的復(fù)合礦物包括銅尾礦65%-90%，偏高嶺土10%-25%，粉煤灰0-10%。