利用離子型稀土尾礦制備地聚合物多孔材料及其性能研究.pdf

1、離子型稀土尾礦是由早期離子型稀土礦的桶浸和池浸工藝產(chǎn)生的，由于開采工藝落后，監(jiān)管力度不嚴(yán)，導(dǎo)致尾礦量巨大，使生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重惡化，因此，對(duì)離子型稀土尾礦進(jìn)行綜合利用是當(dāng)前亟待解決的問題。地聚合物是一種新型的膠凝材料，原料來源廣泛，性能與普通陶瓷和水泥相近，甚至在某些方面優(yōu)于二者，應(yīng)用面廣，但在多孔材料方面的應(yīng)用還需要系統(tǒng)的研究。本文以離子型稀土尾礦為研究對(duì)象，對(duì)離子型稀土尾礦進(jìn)行活化研究，使離子型稀土尾礦的綜合利用具備一定條件；且以此為

2、主要原料制備地聚合物多孔材料，并對(duì)該材料的保溫性能和熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
　　為提高稀土尾礦的活性，采用機(jī)械球磨及加熱煅燒對(duì)稀土尾礦進(jìn)行活化，通過采用堿溶浸出法評(píng)價(jià)活化后稀土尾礦的活性，探索最佳的活化條件，并用XRD、FTIR對(duì)活化稀土尾礦的活性進(jìn)行判斷。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過球磨4 h，在750℃下煅燒2 h，活化稀土尾礦中硅鋁浸出濃度最大，表明此時(shí)稀土尾礦的活化程度最高，同時(shí)活化后，稀土尾礦的物相發(fā)生了變化，晶體無序度增加，產(chǎn)生了具

3、有活性的無定型物質(zhì)，且主要原因是由于稀土尾礦物質(zhì)內(nèi)部的脫羥基化造成的。
　　利用活化稀土尾礦為主要原料，通過加入堿激發(fā)劑攪拌、混勻、注模制的聚合物，以抗壓強(qiáng)度為考察指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)地聚合物的制備配方進(jìn)行優(yōu)化，并利用 XRD、FTIR、SEM對(duì)優(yōu)選試樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿激發(fā)劑中Na與稀土尾礦中 Al的摩爾比對(duì)地聚合物的抗壓強(qiáng)度影響最大，正交實(shí)驗(yàn)得出的最佳方案是 nNa/nAl為0.8，水玻璃模數(shù)為1.5，水固

4、比為0.5，此時(shí)地聚合物的7d抗壓強(qiáng)度最大為18.89 MPa。XRD、FTIR及SEM分析共同表明，地聚合物是一種由硅氧四面體和鋁氧四面體組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無定型膠凝物質(zhì)，稀土尾礦中參與地聚合反應(yīng)主要起作用的物質(zhì)是高嶺石，石英和長石起骨料的作用。地聚合物中膠凝物質(zhì)將這些未反應(yīng)或部分反應(yīng)的顆粒粘結(jié)起來，結(jié)構(gòu)致密，使地聚合物形成一定的強(qiáng)度。
　　以地聚合物為基體材料，采用發(fā)泡法，分別以過氧化氫、十二烷基硫酸鈉和復(fù)合發(fā)泡劑為發(fā)泡劑制備地

5、聚合物多孔材料，研究了發(fā)泡劑的用量，攪拌速度，養(yǎng)護(hù)溫度等因素對(duì)多孔材料的強(qiáng)度、體積密度和氣孔率的影響，并通過掃描電鏡對(duì)不同發(fā)泡劑制備的多孔材料的微觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，過氧化氫對(duì)多孔材料性能影響最大，以過氧化氫為發(fā)泡劑制得的多孔材料氣孔率在43.32％～76.68%之間，體積密度在0.56～1.36 g/c m3之間，抗壓強(qiáng)度在0.94～13.56 MPa之間；過氧化氫和十二烷基硫酸鈉復(fù)合發(fā)泡劑次之，制得的多孔材料氣孔率在6

6、6.89%～87.36%之間，體積密度在0.30～0.79 g/c m3之間，抗壓強(qiáng)度在0.26～5.80 MPa之間，十二烷基硫酸鈉對(duì)多孔材料的影響最弱，制得的多孔材料氣孔率在56.12%～62.58%之間，體積密度在0.9～1.05 g/c m3之間，抗壓強(qiáng)度在4.62～8.54 MPa之間。采用前兩種發(fā)泡劑能得到氣孔率較高的多孔材料，過氧化氫為發(fā)泡劑時(shí)，氣孔分布不均，孔徑較大，多為閉孔，且強(qiáng)度較高，適合應(yīng)用于對(duì)強(qiáng)度要求高于氣孔率的

7、領(lǐng)域；使用復(fù)合發(fā)泡劑時(shí)，氣孔分布較均勻，孔徑較小，多為閉孔，適合用作保溫絕熱材料。后者制備的多孔材料氣孔率較低，氣孔分布均勻，孔徑適中，且多為通孔，適合用作凈化過濾材料。
　　使用復(fù)合發(fā)泡劑，將泡沫漿體注入到300×300×10 mm的模具中，在80℃下養(yǎng)護(hù)12h，固化成型得到測(cè)試要求的試樣，采用雙護(hù)熱平板法測(cè)量不同體積密度下多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)，選擇最優(yōu)試樣進(jìn)行熱穩(wěn)定的測(cè)試，測(cè)試不同煅燒溫度下多孔材料的抗壓強(qiáng)度，且分別運(yùn)用熱重差熱