[发明专利]一种铅锌冶炼渣基地聚合物胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于地聚合物技术领域，具体涉及一种铅锌冶炼渣基地聚合物胶凝材料及其制备方法。

技术背景

地聚合物(Geopolymer)最早是由法国材料学家Joseph Davidovits于1978年提出的，是由硅铝原料通过矿物缩聚而生成的一类新型无机聚合物胶凝材料，其基本结构为硅氧四面体与铝氧四面体通过桥氧键相连接而形成三维网络状结构，这种结构使其和普通硅酸盐水泥相比，具有低收缩性和低导热性、良好的耐磨性、快硬早凝特性、良好的抗碱集料反应特性以及良好的耐酸碱腐蚀性等优点，可在建筑、矿山、化工、道路工程和核工业等领域得到广泛应用。地聚合物通常以工业固体废弃物(以硅铝酸盐为主要成分)为主要原料，体系组成突破了传统硅酸盐水泥的局限，同时，地聚合物的生产突破了“两磨一烧”工艺，能耗和“三废”排放量极低，是一种节能、利废、环保型绿色胶凝材料，符合当前社会发展的趋势，具有良好的经济效益与社会效益，具有十分广阔的发展前景。

目前在国内外研究中，主要以偏高岭土或粉煤灰为主要硅铝原料来制备地聚合物。比如：在公开号为CN104496333A的发明创造中，公开了一种粉煤灰基地聚合物混凝土材料及其制备方法，该技术方案中将粉煤灰、偏高岭土、水泥、煤矸石和矿渣、碱激发剂、缓凝剂和去离子水混合搅拌均匀，制得地聚合物浆料；再将浆料与集料混合搅拌均匀，制得粉煤灰基地聚合物胶凝材料；在公开号为CN101830654A的发明创造中，公开了一种高钙粉煤灰地聚合物胶凝材料及其制备方法，是以高钙粉煤灰为主要原料，以氢氧化钠和钠水玻璃溶液为复合化学外加剂，在一定的养护环境中制备了地聚合物胶凝材料；在公开号为CN104556876A的发明创造中，公开了一种地质聚合物的合成方法，是在偏高岭土中加入失效磷酸基抛光液混合后进行反应，反应结束后即得地聚合物产品。我国在利用固体废弃物制备地聚合物的研究尚处于起步阶段，虽有一些研究也利用其他固体废弃物(如赤泥、石煤提钒尾渣、高炉矿渣等)为主要原料来制备地聚合物，但普遍是需要高温煅烧来激发硅铝原料的活性，从而导致能耗、成本较高。比如，在公开号为CN104003632A的发明创造中，公开了一种利用铅锌尾矿制备无机矿物聚合物的方法，该无机矿物聚合物的制备过程中，将氢氧化钠溶液与铅锌尾矿混合干燥后，于700～900℃高温下煅烧30～45min来激发铅锌尾矿的活性。在公开号为CN103482890A的发明创造中，公开了一种以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚合物的方法，该技术方案中，将石煤提钒尾渣加入活化剂混合均匀，放入马弗炉于450～750℃条件下煅烧1～2h，制得活化渣。目前以铅锌冶炼渣为主要原料来制备地聚合物胶凝材料的研究较少。本发明人在早期研究中，曾以铅锌冶炼渣和铅锌尾矿为硅铝原料来制备地聚合物胶凝材料，其28d抗压强度最高仅为32.8MPa。

铅锌冶炼渣是铅锌矿在高温冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷，形成的玻璃态粒状物料，其主要矿物组成以玻璃相为主，具有潜在水硬活性。近年来，随着铅锌冶炼企业迅猛发展，我国每年会产生数百万吨铅锌冶炼渣，利用率很低，因此大量堆存的铅锌冶炼渣带来了一系列的环境和社会问题。研究和开发大宗量消耗冶炼渣、环境附加值高的综合利用方法，减少铅锌冶炼渣的堆存，是迫切需要解决的问题。本发明以铅锌冶炼渣为主要原料来制备地聚物胶凝材料，不仅能大大提高铅锌冶炼渣的资源化利用率，改善固体废弃物的堆置，还可减少温室气体排放量，达到节能减排、保护环境的目的，而且还可为尚处于起步阶段的相关研究提出新的探索方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以铅锌冶炼渣为主要原料的地聚合物胶凝材料及其制备方法，满足应用领域对地聚合物胶凝材料的性能要求，尤其是提高抗压强度和早期强度，为铅锌冶炼渣的综合利用提供新途径，克服普通硅酸盐水泥生产中的一些缺陷，如生产工艺复杂、高能耗、高污染等。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种铅锌冶炼渣基地聚合物胶凝材料，其特征在于，按下述各原料组分及其质量百分含量制备：铅锌冶炼渣65～72wt.％、粉煤灰5～10wt.％、复合碱激发剂8～15wt.％、硫酸盐激发剂3～6wt.％、铝酸盐激发剂1～3wt.％、去离子水10～14wt.％。

其中，所述的铅锌冶炼渣是铅锌矿冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷而得。

所述的粉煤灰是燃煤电厂排出的一种以硅铝为主要成分的固体废弃物。