[发明专利]一种基于铁尾矿地质聚合物多孔材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铁尾矿基地质聚合物多孔材料及其制备方法。以铁尾矿为主要原料，粉磨活化后，添加一定比例的高岭土调节成分，然后与氢氧化钠和水玻璃复合碱激发剂混合均匀，注入模具中密封固化，脱模后一定温度和湿度条件下养护，即得成品。本发明的地质聚合物多孔材料具有特殊的三维网络结构，强度高、比表面积大、耐腐蚀性好、耐久性强，可用于建筑材料、固封重金属离子或有毒废料、多孔质吸附材料等领域。本发明的原料来源丰富，成本低廉，制备方法简单，工艺绿色环保，实现了铁尾矿的资源化综合利用，对钢铁企业的可持续发展及节能减排具有重要意义。

技术领域

本发明涉及矿产资源综合利用及新型绿色无机凝胶材料领域，尤其涉及一种基于铁尾矿地质聚合物多孔材料及其制备方法。

背景技术

铁尾矿是铁矿石选取铁精矿后排放的废弃物，随着多年来矿产资源的粗放型开采，尾矿综合利用率较低，其累积量逐年增加，大量堆积的尾矿不仅占用耕地，而且造成周边的环境污染，此外，尾矿坝的建设和维护也增加钢铁企业的运营成本。地质聚合物(Geopolymer)是一种以[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-为主要结构单元聚合而成的具有非晶态或准晶态的无机凝胶材料。由于其特殊的三维网络结构，它具有强度高、耐腐蚀性、耐高温、耐久性强等优点，广泛应用于建筑材料、有毒废料或核废料固封材料、多孔质吸附材料等领域。铁尾矿中富含制备地质聚合物所需的Si、Al两种元素。如果能利用铁尾矿为主要原材料生产地质聚合物，不仅能够缓解铁尾矿堆存带来的生态问题，而且对实现钢铁企业的可持续发展及节能减排有重要意义。

目前，地质聚合物的制备固体主要是活性较高的偏高岭土、粉煤灰和高炉矿渣单独使用或多种组合使用。也有采用铝灰、硅灰、钙尾矿、火山灰、页岩、赤泥、污泥、稻壳灰和秸秆灰等作为固体原料成功的制备出地质聚合物，但是其中活性低的材料所含矿物组分多以晶态形式结合在一起，在激发剂作用下Si、Al较难溶出，不利于后期的缩聚反应的进行，减少了凝胶相的生成。现有技术中有选用其它材料为主要原料、铁尾矿作为掺料材料制备陶粒的方法，但还没有一种以大量堆存的铁尾矿为主要原料的地质聚合物制备方法。

综上所述，亟需寻求一种大量堆存的铁尾矿综合利用的途径，缓解铁尾矿堆存带来的生态问题，并希望给企业带来经济效益。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种以铁尾矿为主要原料，添加少量高岭土调节硅铝比，经氢氧化钠和水玻璃复合碱激发剂激发而成的地质聚合物多孔材料制备方法。

本发明还提供一种基于铁尾矿地质聚合物多孔材料。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括以下步骤：

S1、制备固体原料，将经过机械活化后的铁尾矿和高岭土经过热活化后制得的偏高岭土按照SiO₂/Al₂O₃摩尔比为2.5-3.5的比例混合均匀，制得固体原料；

S2、制备复合碱激发剂，将氢氧化钠和工业水玻璃按照SiO₂/Na₂O摩尔比为1.2-2.0的比例混合，得到混合溶液，按照H₂O/Na₂O摩尔比为7-20的比例向混合溶液中加入去离子水，制得复合碱激发剂；

S3、浆料制备，将步骤S2制得的复合碱激发剂和步骤S1制得的固体原料按照Na₂O/Al₂O₃摩尔比为0.4-2.0的比例混合并搅拌得到浆料；

S4、成型，将步骤S3制得的浆料注入到模具中密封，在一定温度下进行固化反应后成型；