石煤提礬尾礦地聚物膠凝材料的制備、表征及其性能研究.pdf

1、地聚物是一種由SiO4四面體和AlO4四面體通過共用氧原子交替鍵合而形成的新型無機(jī)膠凝材料。它一般以工業(yè)廢渣為原料制備而成，且工藝過程簡(jiǎn)單，因此具有很好的發(fā)展前景。隨著石煤提釩行業(yè)的快速發(fā)展，會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦，這不僅占用土地，而且會(huì)引起二次環(huán)境污染。石煤提釩尾礦(以下簡(jiǎn)稱為“提釩尾礦”)中Si和Al含量較高，因而有可能作為制備地聚物的硅鋁原料。但由于提釩尾礦和傳統(tǒng)的制備地聚物的硅鋁原料(如偏高嶺土和粉煤灰)相比，它的Si含量遠(yuǎn)高于Al含

2、量，且活性較低，所以目前利用提釩尾礦為基質(zhì)制備地聚物的研究很少。
　　 本研究首先分別通過濕法加堿煅燒、干法加堿煅燒和干法機(jī)械球磨的方式對(duì)原提釩尾礦(RVT)進(jìn)行活化預(yù)處理，并通過堿溶浸出實(shí)驗(yàn)、X射線衍射(XRD)和傅立葉紅外光譜(FTIR)和掃描電鏡(SEM)對(duì)活化前后提釩尾礦的活性進(jìn)行判斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濕法加堿煅燒的方式最能有效促進(jìn)提釩尾礦中晶態(tài)組分的分解，從而最能有效提高提釩尾礦的活性。再將選取的活化提釩尾礦(AVT)分

3、別與鋁質(zhì)校正料(包括鋁酸鈉、偏高嶺土、粉煤灰、鋁酸鹽水泥)復(fù)合，與堿硅酸鹽溶液(通過硅灰與氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到)混合制備地聚物。此外，考慮到在多數(shù)研究中作為激發(fā)劑的“堿硅酸鹽溶液”具有腐蝕性而不利于地聚物的實(shí)際應(yīng)用，所以同時(shí)以原提釩尾礦(RVT)為基質(zhì)制備類地聚物水泥固體粉料。以抗壓強(qiáng)度為考察指標(biāo)，通過正交實(shí)驗(yàn)針對(duì)利用每種鋁質(zhì)校正料(或鈣質(zhì)原料)制備的地聚物試樣的配方進(jìn)行優(yōu)化，并通過蒸壓養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)一步提高優(yōu)選試樣的抗壓強(qiáng)度。通過SEM

4、、ESEM、FTIR、ATR-FTIR、27Al MAS-NMR、XRD和TG-DSC對(duì)早期地聚合反應(yīng)過程和水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，蒸壓養(yǎng)護(hù)可以有效改善地聚物試樣的微觀結(jié)構(gòu)和抗壓強(qiáng)度；FTIR和27Al MAS-NMR分析結(jié)果共同說明在地聚合反應(yīng)過程中AlO4四面體鍵接在SiO4四面體上，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；ESEM和ATR-FTIR原位在線分析表明對(duì)提釩尾礦的加堿煅燒活化過程可以提高早期地聚合反應(yīng)的速率和程度，從而改善試

5、樣后期的微觀形貌和抗壓強(qiáng)度；以礦渣(KZ)為鈣質(zhì)原料制備的類地聚物水泥固體粉料砂漿試樣的抗壓強(qiáng)度普遍高于以鋼渣(GZ)為鈣質(zhì)原料制備的類地聚物水泥固體粉料砂漿試樣的抗壓強(qiáng)度；XRD、TG-DSC和FTIR分析說明類地聚物水泥的水化產(chǎn)物中同時(shí)存在鋁硅酸鹽凝膠和水化硅酸鈣(CSH)凝膠，而且適量CSH的存在可以改善試樣的微觀結(jié)構(gòu)，提高其早期強(qiáng)度。對(duì)優(yōu)選地聚物試樣和普通硅酸鹽水泥(OPC)砂漿試樣的耐久性能及熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究。它們的耐久性

6、能包括以下幾方面：抗化學(xué)侵蝕性能、抗凍性能、抗?jié)B性能。它們的熱穩(wěn)定性能通過煅燒之后試樣抗壓強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)的變化來評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，部分優(yōu)選地聚物試樣的耐久性能和熱穩(wěn)定性能與普通硅酸鹽水泥砂漿試樣相當(dāng)或優(yōu)于普通硅酸鹽水泥砂漿試樣。最后研究了抑制地聚物試樣“泛霜”行為的措施。將泛霜最嚴(yán)重的試樣分別在600℃下煅燒3 h和在150℃下蒸壓養(yǎng)護(hù)5 h?？紤]到“泛霜”是由于試樣中的可溶性鹽由結(jié)構(gòu)內(nèi)部遷移至試樣表面而形成，所以將試樣放在去離子水中浸泡