阅读说明：本技术 利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备免烧地聚物材料的方法 (Method for preparing baking-free geopolymer material by utilizing spodumene flotation tailings acid-thermal excitation ) 是由 徐龙华 杨洁 巫侯琴 卢忠远 于 2021-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备高强免烧地聚物材料的方法,包括以下步骤：(1)按重量百分比称取65～85％锂辉石浮选尾矿和15％～35％的偏高岭土；(2)加入浓度为30～60％的磷酸溶液,并搅拌至稀泥状,所述磷酸溶液的加入量为固体总重量的15～55％；(3)将步骤(2)所得物进行常压注模成型；(4)将步骤(3)所得物覆膜后置于加热装置中进行加热激发,待其反应后取出,再次用保鲜膜密封后养护箱中养护,制得锂辉石浮选尾矿免烧地聚物材料。本发明不仅充分利用了尾矿的特性,大幅提高了传统单一偏高岭土激发材料的力学性能,且能降低其激发过程中的开裂现象,在环境保护和经济发展方面具有重要意义。(The invention provides a method for preparing a high-strength baking-free geopolymer material by utilizing acid-thermal excitation of spodumene flotation tailings, which comprises the following steps of: (1) weighing 65-85% of spodumene flotation tailings and 15-35% of metakaolin according to weight percentage; (2) adding a phosphoric acid solution with the concentration of 30-60%, and stirring to be in a slurry shape, wherein the adding amount of the phosphoric acid solution is 15-55% of the total weight of the solid; (3) performing normal pressure injection molding on the product obtained in the step (2); (4) and (4) coating the film on the substance obtained in the step (3), putting the coated film into a heating device for heating and excitation, taking out the coated film after reaction, sealing the coated film by using a preservative film again, and curing the coated film in a curing box to obtain the sintering-free geopolymer material of the spodumene flotation tailings. The method not only fully utilizes the characteristics of the tailings, greatly improves the mechanical property of the traditional single metakaolin excited material, but also can reduce the cracking phenomenon in the excitation process, and has important significance in the aspects of environmental protection and economic development.)

利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备免烧地聚物材料的方法

技术领域

本发明属于工业固废资源化用于制备免烧材料技术领域，具体涉及一种利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备免烧地聚物材料的方法。

背景技术

随着工业社会的发展，大量资源开发带来的环境问题日益突出，如何妥善处理固体废弃物已经成为当今社会的热门问题，浮选尾矿因其自身特性作为固体废物中的一种特殊固废，存在产量巨大、污染问题复杂、且利用率较低的问题。如何将浮选尾矿资源化，提高其综合利用率已成为亟待解决的问题。利用工业固废尾矿制备相关材料是处理工业固废的一条重要途径。其中研究较多的为通过高温烧结制备高附加值的陶瓷材料、微晶玻璃或其它结构陶瓷材料，但存在能耗高，需求量低等问题。因而通过免烧的方式制备材料，且尽可能多的提高尾矿的利用率具有重要意义。

在地聚合物领域，通过碱激发制备地聚合物的研究较多，酸激发的相关的报道较少。如何利用酸热激发来制备地聚合物材料，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备免烧地聚物材料的方法。本发明不仅充分利用了尾矿的特性，大幅提高了传统单一偏高岭土激发材料的力学性能，且能降低其激发过程中的开裂现象。本发明通过大量试验，对地聚合物制备条件和养护条件进行了研究，并对其进行了优化，在环境保护和经济发展方面具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用锂辉石浮选尾矿酸热激发制备免烧地聚物材料的方法，包括以下步骤：

(1)按重量百分比分别称取65～85％锂辉石浮选尾矿和15～35％的偏高岭土作为原料；

(2)向步骤(1)所得物中加入浓度为30～60％的磷酸溶液，并搅拌至稀泥状；

(3)将步骤(2)所得物进行常压注模成型后通过缠绕保鲜膜密封；

(4)将步骤(3)所得物放入加热装置中加热激发1～2天，加热温度范围为40～80℃。

(5)将步骤(4)中激发完成后聚合物脱模，并再次用保鲜膜密封后置于水泥养护箱中进行标准养护，其养护温度为20℃，湿度为95％，即得免烧地聚物材料。

本发明提供的上述方法，实现了在免烧、无需加压成型的条件下成功制备了力学性能优异的免烧地聚物材料，大大节省了高温烧结制备材料的能量，且克服了该材料容易形变的问题。本方法中选用偏高岭土作为激发原料，选用尾矿和细粒标准砂复配，用以提高地聚物的抗折强度和抗压强度，各步骤中的工艺条件和原料用量严格进行控制，经过大量摸索后获得的优化工艺，能够最大化保证所得免烧地聚物的质量。本发明还省去了原料球磨过程及加压成型过程，节省了能量，且锂辉石浮选尾矿利用率高达85％。

本发明通过添加尾矿和细粒标准砂的混合物的方法实现了该地聚合物的力学性能的显著增强，且尾矿利用率高。这为尾矿处理提供了新的参考方向，在环境保护和建筑材料领域具有重要意义。

进一步的是，步骤(1)中所述锂辉石浮选尾矿为锂生产企业经过浮选工艺提取锂后的尾料或浸出工艺后的尾料。

进一步的是，步骤(3)中所述注模成型采用的条形模具选用尺寸为10×10×60mm的六联模具，采用的方形式样为40×40×40mm的单个柱形模具。

进一步的是，步骤(4)中所述加热装置为电热鼓风干燥箱。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)利用锂辉石浮选后尾矿为主要原料制备免烧地聚物材料，解决了锂辉石浮选尾矿难处理问题，其中锂辉石浮选尾矿占总重量比例高达65％～85％，可实现工业固废大规模资源化利用，具有明显的社会效益、环境效益、经济效益。

(2)本发明突破了利用尾矿制备材料必须加压成型和高温烧结的技术难题，针对这一难点，本发明通过酸热激发的方式，成功在免烧条件下制备出力学性能优异的地聚物材料，大大降低了能耗。

(3)本发明突破了纯偏高岭土地聚物材料力学性能较低的技术难题，通过添加细粒石英砂和浮选尾矿的混合物大幅提高了其力学性能。

(4)所用锂辉石浮选尾矿本身粒度较细，，辅以一种粒度更细的廉价矿物偏高岭土为粘结材料，充分利用了锂辉石浮选尾矿的粒度特征；本发明通过采用湿法注模成型替代了传统的加压成型，能耗低，且通过添加尾矿或细粒石英砂后大幅提高了其力学性能，具有很高的经济、社会、环境效益。

(5)添加尾矿和细粒标准砂后地聚物制品不仅力学性能优异，且有效减少了其开裂现象，该材料可应用于免烧砖领域，地聚物领域，危险废物固化领域，工业固废处理领域，建筑装饰材料领域等，具有很高的经济、社会、环境效益。

附图说明

图1中左图为注模后样品覆盖保鲜膜的图，将其置于烘箱中加热激发，右图为脱模后样品，将其再次用保鲜膜包裹密封后置于养护箱中养护；其中条形式样规格为10×10×60mm，用于测试试样抗折强度，方型试样规格为40×40×60mm，用于测试试样抗压强度。

图2为以表2中序号123配方制备所得锂辉石浮选尾矿免烧地聚物材料。

图3为表2中序号6烘干温度为80℃时试样图，其发生了明显开裂，而降低温度和提高尾矿添加量可以有效减少开裂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

按照如下表1中的各原料配方称取原料来制备免烧地聚物材料，其制备方法如下：按各原料配方进行混合后加入浓度为40％～60％的磷酸溶液，搅拌至稀泥状后通过常压注模成型，并用保鲜膜密封。将其放入加热装置中加热激发1～2天，加热温度范围为40～80℃。激发完成后聚合物脱模，并再次用保鲜膜密封后置于水泥养护箱中进行标准养护，其养护温度为20℃，湿度为95％。

对上述所得免烧制品的抗折强度、抗压强度进行测试，具体试验方法参考GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法，和GB/T4740-1999陶瓷材料抗压强度试验方法，测试结果如表1所示。

表1

对比例1

按照实施例1的制备方法，通过过筛(20目和32目筛)分选不同粒度标准砂，分为粗粒度(>0.85mm)，中粒度(0.5～0.85mm)和细粒度砂(<0.5mm)。其与偏高岭土的质量比为3：1，即300g标准砂，100g偏高岭土，具体抗折强度和抗压强度测试结果如表2所示。

表2

对比例2

按照实施例1的方法，仅用偏高岭土为原料，试样强度明显低于添加尾矿和标准砂后试样，而仅添加锂辉石浮选尾矿后样品强度显著提高，但仍低于相同条件下尾矿和标准砂混合样品，具体结果如表2所示。

对比例3

按照实施例1的方法，当加热激发温度较低时(<30℃)，试样强度很低，无法完成激发，当加热温度较高时(>70℃)，试样反应剧烈，开裂严重，不利于该工艺的应用。

对比例4

按照实施例1的方法，当磷酸浓度较低时(<20％)，试样强度较低(抗压强度<20MPa)，当磷酸浓度较高时(>70％)，试样虽力学性能优异，但多天后其表面发生明显的软化现象，不利于该工艺的应用。具体配方如表2中编号8，9所示。

对比例5

按照实施例1的方法，采用表1中编号3样品的配方，区别为在加热激发过程中不覆膜，直接加热激发，其强度很低。采用相同配方，在养护过程中采用不同的养护条件所制备的样品力学性能均低于养护箱中覆膜密封养护，且该养护方式对其后期力学性能增强有积极作用。具体测试结果如表3所示。

表3

对比例6

按照实施例1的方法，将偏高岭土替换为高岭土或粉煤灰后，样品无法成功激发，几乎不具有力学性能。

对比例7

按照实施例1的方法，采用表1中编号3的配方，区别为将磷酸替换为不同模数的水玻璃溶液，采用碱激发的方式制备地聚合物，其力学性能测试结果均低于相同条件下酸激发所制备的地聚合物。