一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，是采用濕法加堿煅燒對鉛鋅尾礦進行活化處理，加入偏高嶺土、砂子攪拌后加入堿激發(fā)劑進行無機聚合反應，形成具有網狀結構的無機礦物聚合物，所得無機礦物聚合物可添加發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑而進一步制備成發(fā)泡無機礦物聚合物。所得成品耐久性好，且具有很好的高溫絕熱性，即使暴露于火焰中也不會釋放出毒性物質、可用于礦山采礦后的回填、封固及建筑材料等方面，不但可有效解決鉛鋅尾礦的堆積問題，降低環(huán)境污染，還為我國開發(fā)利用廢棄鉛鋅尾礦資源開辟了一條新的路徑，為尾礦再利用的相關研究提供了新的探索方向，對于節(jié)能減排、環(huán)保利廢和創(chuàng)建環(huán)境友好型社會均具有重要的意義。
【專利說明】一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用領域，具體涉及一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法。
【背景技術】
[0002]礦產資源的開發(fā)在國家的經濟建設中起著重要的作用，但也給環(huán)境帶來了嚴重的負面作用，比如礦山開發(fā)中產生的尾礦、廢石等大量固體廢棄物擠占土地，污染、破壞生態(tài)環(huán)境，引發(fā)各種地質災害。但從另外 一個角度來看，尾礦中仍含有大量的有用組分，有著很高的利用價值，由于技術的限制才沒有得到很好的利用。因此，合理的利用尾礦資源，對于我國的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。
[0003]國內對于鉛鋅尾礦的利用主要是在建材領域將尾礦用于水泥生產原料，或用作建筑墻體材料以及采空區(qū)的回填。無機礦物聚合物是近年發(fā)展起來的一種新型無機非金屬材料，可在堿性激發(fā)劑的作用下發(fā)生溶解-固結反應，與普通硅酸鹽水泥相比，無機礦物聚合物具有強度高，強度發(fā)展快，耐久性好，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。可供制備無機礦物聚合物的原料十分豐富，尾礦和很多富含硅鋁的固體廢棄物都可用于制備無機礦物聚合物，但我國在利用尾礦制備無機礦物聚合物的研究尚處于起步階段。本發(fā)明利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物，不僅提高了尾礦的利用率，減少資源浪費，降低環(huán)境污染，而且為尚處于起步階段的相關研究提出了新的探索方向。

【發(fā)明內容】

[0004]針對尾礦污染、難以利用等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，通過對鉛鋅尾礦的活化處理使其活性得到激發(fā)，再經一系列處理最終制得無機礦物聚合物，所得的無機礦物聚合物具有耐久性好、隔音效果好、絕熱性能好等優(yōu)良品質。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，是采用濕法加堿煅燒對鉛鋅尾礦進行活化處理，再將其作為摻和料制備形成具有網狀結構的無機礦物聚合物。
[0006]具體包括以下步驟:將NaOH加水溶解后與鉛鋅尾礦混合，快速攪拌反應，再經烘箱干燥后于70(T90(TC煅燒30-45分鐘；取出、冷卻后與偏高嶺土一起倒入攪拌機中攪拌30s，得到混合物；再加入混合物重量3倍的砂子攪拌混勻；最后加入混合物重量5~10%的堿激發(fā)劑快速攪拌3(T60s，即制得所述無機礦物聚合物。
[0007]所述鉛鋅尾礦是鉛鋅礦浮選后剩余的礦渣。
[0008]所述混合物中各組分按原料重量份計包括，NaOH 20份，鉛鋅尾礦100份，偏高嶺土150份，砂子750份。
[0009]所述堿激發(fā)劑是將硅酸鈉溶液加堿液調節(jié)至模數1.(Tl.4，制得的低模數硅酸鈉溶液；所述堿液包括NaOH和Κ0Η。[0010]所得無機礦物聚合物添加發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑能進一步制備成發(fā)泡無機礦物聚合物。
[0011]所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉或雙氧水；所述穩(wěn)定劑為硬脂酸或聚乙烯醇。
[0012]操作過程中，十二烷基硫酸鈉的加入量為混合物重量的0.5%，雙氧水的加入量為混合物重量的5% ;硬脂酸的加入量為混合物重量的0.2^0.3%，聚乙烯醇的加入量為混合物重量的0.4~0.5%ο
[0013]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明采用濕法加堿煅燒對鉛鋅尾礦進行預處理，以改變鉛鋅尾礦的結構和狀態(tài)，提高其中S1、Al的含量，從而提高尾礦在聚合反應過程中的聚合反應能力；且其煅燒溫度較低，煅燒時間較短，一般700°C煅燒45分鐘就能較為充分的激活鉛鋅尾礦的活性。將預處理后的尾礦和未經預處理的原尾礦通過X射線衍射進行分析(如圖1)，結果顯示處理后的尾礦中石英結晶相所對應的峰與原尾礦相比有所降低，表明處理后尾礦中的石英進行了轉化；通過SEM分析(如圖2)可以看出，經過活化預處理后的尾礦顆粒表面受到侵蝕，表明經預處理可提高尾礦的活化程度，還可使堿激發(fā)劑更容易溶解尾礦表面，釋放更多的S1、Al以參與無機礦物聚合反應。
[0014](2)偏聞嶺土是聞嶺土在聞溫下脫水形成的聞活性礦物慘和料。聞嶺土經過聞溫脫水、脫羥基后，原有的硅氧骨架依然殘留著，而Al-O八面體在失去羥基后Al3+擴散于保留著的晶格中，重新排列組成Al-O鏈，由六配位到四配位而形成偏高嶺土，具有很好的活性，主要用來調節(jié)制備過程中的硅鋁比值。
[0015](3)本發(fā)明采用的 堿激發(fā)劑為低模數硅酸鈉溶液，硅酸鈉溶液的表征指標主要是模數和Baume度，前者表征了硅酸鈉溶液中的SiO2和Na2O的摩爾比，后者表征硅酸鈉水溶液的濃度。對于無機聚合反應而言，只有在反應體系堿性較大的條件下，所獲得的固體反應產物的性能才比較理想，而硅酸鈉溶液的模數對其中硅氧四面體的結構有較大的影響。在硅酸鈉溶液中，存在著多種聚合度的硅氧四面體基團，且隨著硅酸鈉溶液中SiO2濃度的降低，即隨著模數的降低，溶液中低聚硅氧四面體(如:單聚Si1、雙聚Si2和三聚Si3)的含量增加，高聚硅氧四面體的含量減少；當模數小于1.4時，硅酸鈉溶液中開始出現(xiàn)單聚結構的基團，其比例隨著模數的減少而增加，顯然，相同含固量的硅酸鈉溶液，隨著模數的降低，其中低聚合度硅氧四面體的含量增加，可促進原料中鋁硅玻璃相的解聚，促進膠體沉淀相的形成，提高無機礦物聚合物的強度。因此本發(fā)明利用NaOH調節(jié)硅酸鈉溶液制得低模數的硅酸鈉溶液，并最終確定最佳模數為1.2，可有效控制聚合物試塊的強度和性能。
[0016](4)本發(fā)明無機礦物聚合物可進一步與發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉或雙氧水混合，制成發(fā)泡無機礦物聚合物。由于硅鋁骨架較重的原因，使本發(fā)明制得的發(fā)泡無機礦物聚合物不如聚苯乙烯和聚氨酯等有機泡沫質輕，但其具有很好的高溫絕熱性。經檢測，采用十二烷基硫酸鈉或雙氧水為發(fā)泡劑制得的發(fā)泡無機礦物聚合物的最高熱穩(wěn)定溫度均可達10000C以上，導熱系數分別為0.056w/m--k和0.045w/m--k，養(yǎng)護28天后的抗壓強度分別為3.5Mpa和2.85MPa ;且本發(fā)明泡沫無機礦物聚合物僅由無機物組成，即使暴露于火焰中也不會釋放出毒性物質。
[0017](5)本發(fā)明聚合反應時間短，制備的發(fā)泡無機礦物聚合物耐久性好，且其使用只需按照普通硅酸鹽水泥砂漿的制備和養(yǎng)護工藝操作，流程簡單易行，養(yǎng)護程度易于控制，可用于礦山采礦后的回填、封固及建筑材料等方面，不但可有效解決鉛鋅尾礦的堆積問題，降低環(huán)境的污染，節(jié)約資源，減少浪費，還為尾礦再利用的相關研究提供了新的探索方向，具有重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為未經預處理的原尾礦和預處理后尾礦的X射線衍射圖，其中A為未處理的原尾礦的X射線衍射圖，B為處理后尾礦的X射線衍射圖。
[0019]圖2為未經預處理的原尾礦和預處理后尾礦的掃描電鏡圖，其中A為未處理的原尾礦的X射線衍射圖，B為處理后尾礦的X射線衍射圖。
[0020]圖3為實施例3制得的發(fā)泡無機礦物聚合物試塊的顯微圖譜。
【具體實施方式】
[0021]根據IUPAC大分子國際論壇的主題III，本發(fā)明所得到的無機礦物聚合物稱作聚硅鋁化合物，有如下的經驗式:
【權利要求】
1.一種利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:采用濕法加堿煅燒對鉛鋅尾礦進行活化處理，再將其作為摻和料制備形成具有網狀結構的無機礦物聚合物。
2.根據權利要求1所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:具體包括以下步驟:將NaOH加水溶解后與鉛鋅尾礦混合，快速攪拌反應，再經烘箱干燥后于70(T900°C煅燒30-45分鐘；取出、冷卻后與偏高嶺土一起倒入攪拌機中攪拌30s，得到混合物；再加入混合物重量3倍的砂子攪拌混勻；最后加入混合物重量5~10%的堿激發(fā)劑快速攪拌3(T60s，即制得所述無機礦物聚合物。
3.根據權利要求2所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:所述鉛鋅尾礦是鉛鋅礦浮選后剩余的礦渣。
4.根據權利要求2所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:所述混合物中各組分按原料重量份計包括，NaOH 20份，鉛鋅尾礦100份，偏高嶺土 150份。
5.根據權利要求2所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:所述堿激發(fā)劑是將硅酸鈉溶液加堿液調節(jié)至模數1.(Tl.4，制得的低模數硅酸鈉溶液；所述堿液包括NaOH和Κ0Η。
6.根據權利要求2所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:所得無機礦物聚合物添加發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑能進一步制備成發(fā)泡無機礦物聚合物。
7.根據權利要求6所述利用鉛鋅尾礦制備無機礦物聚合物的方法，其特征在于:所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉或雙氧水；所述穩(wěn)定劑為硬脂酸或聚乙烯醇。
【文檔編號】C04B7/147GK104003632SQ201410261769
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】印萬忠, 曹陽, 王少懷 申請人:福州大學