地聚物是一類由硅氧四面體與鋁氧四面體形成的具有三維網(wǎng)絡(luò)狀無機(jī)聚合結(jié)構(gòu)的膠凝材料，這類材料強(qiáng)度高、耐高溫、耐酸堿腐蝕、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛用于建筑、防火隔熱、重金屬固化以及核廢料固封等領(lǐng)域。

各類尾礦的主要成分為氧化硅和氧化鋁，原料硅鋁占比對地聚物的性能影響較大。當(dāng)尾礦中硅/鋁占比在1:3時，可直接用于制備地聚物，當(dāng)尾礦中氧化硅含量過大時，可通過添加少量其它原材料補(bǔ)充鋁質(zhì)來源制備地聚物。

從制備地聚物的工藝來看，可分為堿性溶液激發(fā)方式和“直接加水”一體化制備兩類。

堿性溶液激發(fā)方式

堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物的原料分為兩個部分，一部分是含有氧化硅與氧化鋁組分的固體原料，另一部分是堿金屬氫氧化物溶液或與硅酸鹽混合得到的混合溶液，也稱為堿性激發(fā)劑。將固體原料與堿性激發(fā)劑充分混合攪拌后得到的漿體置于一定條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，即可制得地聚物。

采用堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物是目前應(yīng)用最普遍的一種方式，但該方法使用的高濃度堿性溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，并且堿性激發(fā)劑的殘留會使地聚物在后期使用過程中出現(xiàn)泛堿問題。

“直接加水”一體化制備方式

通過向地聚物前驅(qū)體中直接加水拌合固化來制備地聚物的方法與普通硅酸鹽水泥的使用方式相似，其無需配置復(fù)雜的堿性激發(fā)劑溶液，操作過程也更加安全簡便。

以“直接加水”一體化方式制備地聚物的工藝可分為兩類。一類是將堿性激發(fā)劑以固體的形式與尾礦混合，得到地聚物前驅(qū)體，通過向前驅(qū)體中加水?dāng)嚢璨B(yǎng)護(hù)即可硬化，該方法可避免堿性溶液的腐蝕性問題。另一類是將尾礦與堿性物質(zhì)煅燒后得到活性較強(qiáng)的產(chǎn)物，向活化產(chǎn)物中加水，活化產(chǎn)物中的活性成分會直接參與水化反應(yīng)，從而固化得到地聚物。

將堿性激發(fā)劑以固體的形式混入原料中雖然能夠達(dá)到直接加水制備地聚物的目的，但在加水?dāng)嚢杌旌系倪^程中，固體堿性激發(fā)劑難以充分溶解，使地聚物內(nèi)部形成的凝膠結(jié)構(gòu)分布不均，導(dǎo)致強(qiáng)度偏低。而地聚物中的堿性激發(fā)劑同樣存在殘留問題，使地聚物后期出現(xiàn)泛霜現(xiàn)象。

在以“直接加水”一體化方式制備地聚物的研究中，通過煅燒堿性原料和尾礦的方式可增加尾礦的反應(yīng)活性，活化后的原料直接加水發(fā)生水化反應(yīng)形成地聚物凝膠結(jié)構(gòu)，無需再加入堿性激發(fā)劑。但礦物中硅鋁酸鹽的活性在煅燒過程中沒有得到有效激活，該方法制備的地聚物抗壓強(qiáng)度偏低，不過制備過程更為便利。

尾礦是我國堆存量最大的一類工業(yè)固廢，如何對尾礦進(jìn)行有效利用是眾多科技工作者關(guān)心的問題，將尾礦用于制備地聚物在實現(xiàn)尾礦高值化利用的同時也能消耗堆存。此外，地聚物可有效固化尾礦中的重金屬，避免對環(huán)境造成二次污染，利用尾礦制備地聚物具有很大的發(fā)展空間。

來源：粉體技術(shù)網(wǎng)