[发明专利]电导率可调控碱激发赤泥基半导体胶凝材料的制备

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料的制备及其固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种电导率可调控的碱激发赤泥基半导体胶凝材料合成方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，大约每生产1吨氧化铝要排放1.0～1.5吨的赤泥，基于对氧化铝需求的增加，到2015年底，全球赤泥排放量将达到40亿吨[1]。赤泥中含有大量的工业碱、氟化物以及其它金属等，长期堆存不仅占用大量土地资源，而且极易造成对地表、空气、地下水的污染和破坏，赤泥坝还存在赤泥外泄的安全隐患。在我国铝工业迅猛发展的同时，赤泥堆存带来的资源浪费、环境污染和安全隐患等问题日益凸显，因此，赤泥的多渠道综合利用已迫在眉睫。目前，赤泥的综合利用主要分为三类，一是将赤泥作为矿物原料，整体利用；二是提取其中有用成分，回收有价金属；三是环保修复领域的应用[2-4]。

赤泥因含有可利用的氧化物和多种有价金属，而成为其再利用的宝贵资源；利用赤泥中含有的SiO₂、Al₂O₃、MgO、TiO₂、Cr₂O₃等氧化物生产特种玻璃；利用赤泥中高含量的CaO、SiO₂生产硅酸盐水泥及其它建材[5，6]。国内外将赤泥作为矿物原料的研究主要集中于生产水泥[7-10]、免烧砖[12]、烧结砖[13]、轻质免烧砖[14]、加气混凝土砌块[15]、废水处理[16-19]、抗静电制品[20]、赤泥基胶凝材料等[21-24]。

李良波等将超高相对分子质量的聚氯乙烯、微细赤泥、炭黑、增塑剂、以及其他助剂共混制备复合导电材料，在聚氯乙烯和导电炭黑以及其他助剂的共混体系中，分别使用碳酸钙和超微细赤泥为填料，测试该体系中不同炭黑用量的材料的体积电阻率，发现超微细赤泥填充剂的体系比使用碳酸钙为填充剂的体系导电相分布更均匀，研究的目的是使用超高相对分子质量的PVC树脂，作为抗静电地板材料的基料，与导电炭黑制备具有热塑性弹性体特性的抗静电制品[20]。

刘峥等以不同配比的赤泥、偏高岭土为原料制备赤泥-偏高岭土地质聚合物，并探讨了不同配比对地质聚合物性能的影响及水化机理[21]；张娜等人采用X-射线光电子能谱技术对赤泥-煤矸石基胶凝材料水化过程进行表征，对该胶凝材料中的Ca、Si、Al、O、Na等主要元素化学键能的变化进行了深入的分析[22]；祝丽萍等人报道了一种赤泥-矿渣-石膏-少熟料胶凝材料，采用扫描电镜对该胶凝材料的凝结时间、初期水化过程、强度发展、微观结构等近了较系统的研究[23]。倪文等的中国专利申请(公开号：CN103397128A)公开了一种赤泥深度还原提铁及二次尾渣制备胶凝材料的方法，该方法将破碎后的赤泥与还原剂及助剂混合均匀，在氧化气氛窑炉的密封窑内或还原气氛炉中深度还原，制备出的胶凝材料的抗压和抗折强度均达到复合硅酸盐水泥32.5的标准[24]。

针对赤泥基胶凝材料抗压强度低的问题，一些学者报道了采用不同种类的激发剂激活赤泥，以提高赤泥基胶凝材料力学性能[25，26]。黄迪等人分别采用脱硫石膏、天然石膏、石灰、水泥熟料等激发剂对赤泥-矿渣基胶凝材料性能的影响，结果表明脱硫石膏对体系的激发效果最明显，能显著提高试块的力学性能[25]；申建立等人报道了矿渣与赤泥在石灰及氢氧化钠激发下的胶凝材料的强度变化规律[26]；王林江等的中国专利(公开号：CN10260100A)公开了以拜耳法赤泥和高岭土为原料制备铝硅酸盐聚合物材料的方法，以氢氧化钠和硅酸钠的混合水溶液为激发剂，将70-90％拜耳法赤泥与10-30％高岭土混合，成型后在35-60℃固化4-8h，脱模后在35-60℃固化48-72h，然后室温养护5d，其力学行能有所增加[27]。

陈红霞等报道了不同煅烧温度对赤泥胶凝性能的影响[28]；闫军等人报道了当赤泥700℃焙烧活化后，在赤泥：矿渣：水玻璃为50:45:5的配比时，制备了赤泥基碱激发胶凝材料，其强度可达到42.5MPa[29]；冯向鹏等人研究表明热激发可大大提高赤泥的活性，经600℃煅烧后的赤泥颗粒边缘出现了很多毛细网状结构，颗粒变得非常松散，所制得的胶凝材料可以达到42.5水泥强度标准的要求[30]。