[发明专利]一种以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于地聚合物技术领域。具体涉及一种以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚合物的方法。

背景技术

地聚合物（Geopolymers）是近年来新发展起来的一类新型无机非金属胶凝材料，是集高聚物、陶瓷和水泥的特性于一体而又优于三者性能的一种材料。这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物为主要原料，在强碱溶液激发下在一定条件下成型硬化生成具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。地聚合物胶凝材料的这种内部结构决定了它具有力学性能好、高耐久性、抗收缩性好、抗渗性好、硬化快、耐酸耐腐蚀性好和可增韧增强性等特点。同时还具有原料来源广泛、制备工艺简单、生产成本低、能耗少和环境污染小的特点。而传统的硅酸盐水泥是一种高污染、高能耗和消耗大量资源的胶凝材料，故地聚合物胶凝材料在21世纪得到大力发展，在绿色环保工业中具有广泛应用前景。

传统的制备地聚合物胶凝材料的原材料主要为煅烧高岭石，随着科技的发展，制备地聚合物的原材料不再仅仅限于高岭石，许多工业废弃物如粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石等，其矿物成分多为硅酸盐、铝硅酸盐，理论上都可以作为制备地聚合物的材料（Hua Xu，J S Van Deventer.The geopolymersion of alumino-silicate minerals[J].Mineral Process，2000，59:247～248）。

目前，利用固体废弃物制备地聚合物的方法，国内外以利用粉煤灰和矿渣最多（张耀君，王亚超，徐德龙等.一种粉煤灰基地聚合物复合胶凝材料及其制备方法[P].CN101792275A，2010；Srtzelecki D.Geopolymer succeeds at Chemobyl field rest[J].Pollut.Eng，2001,33（1）：36～37）。传统制备工艺使得原材料中活性物质没有被充分活化，原料的潜在活性没有得到充分发挥，所生成的地聚合物胶凝材料的诸多性能如抗压抗折强度、耐久性、耐酸耐碱性等没有得到根本性提高。

石煤提钒尾渣是将石煤原矿经过破碎—磨矿—添加剂焙烧—浸出等工艺，提取出其中的含钒化合物后产生的废渣，具有潜在的活性。目前主要采取尾矿库堆存的方式处理，不仅占用土地，而且污染环境，给国家和企业带来很大负担。中国专利CN102180606A公开了一种用5～10wt%固体氢氧化钠对石煤提钒尾矿进行活化制备类地聚物水泥的方法；文献（焦向科等.利用低活性钒尾矿制备地聚合物的研究[J].非金属矿：2011，34(4)：1～2）中以m（尾矿）/m（固体NaOH）=5︰1对石煤提钒尾矿进行活化制备地聚合物，使得该地聚合物强度在一定程度上得到提高。但该活化方法成本较高，活化方式单一，最终产品强度不能大幅度提高，且耐久性不高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、环境友好、成本低、能耗较小和尾渣利用率高的以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚合物的方法；用该方法制备的地聚合物抗压抗折强度高、抗干缩性强、抗渗性好、耐久性高和对有毒重金属离子有较好固化效果。

为实现上述目的，本发明所采用的原料组分及其含量是：所述地聚合物的原料及其含量是：石煤提钒尾渣为55～76wt%，熟石灰为1～5wt%，无水硫酸钠为0.3～2wt%，偏高岭土为10～16wt%，氢氧化钠为6～10wt%，硅灰为6～13wt%。

所述地聚合物的制备为以下步骤，按上述原料及其含量：

第一步、配制活化剂

先将无水硫酸钠和熟石灰溶于水中，本步骤所述水为原料的27～30wt%，搅拌均匀，陈化5～30min，制得活化剂，备用。

第二步、制备活化渣

将石煤提钒尾渣加入所述活化剂中，混合均匀，静置5～10min，放入马弗炉，于450～750℃条件下煅烧1～2h，冷却，机械振磨10～30s，制得活化渣。

第三步、配制液体碱激发剂

先将氢氧化钠溶于水中，本步骤所述水为原料的15～18wt%，再加入硅灰，搅拌均匀，制得液体碱激发剂，备用。

第四步、制备混合砂浆

将第二步制得的活化渣与偏高岭土和砂子混合均匀，砂子与原料的质量比为（0.7～1.5）︰1，再将混后的混合物加入第三步制得的液体碱激发剂，搅拌均匀，制得混合砂浆。

第五步、成型养护

将第四步制得的混合砂浆倒入模具中，压制成型，得到试样；再将所述试样装入自封袋，在20～40℃条件下水热养护8～24h或室温下养护3～28d，即得石煤提钒尾渣地聚合物。