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生的，由于開采工藝落后，監(jiān)管力度不嚴，導致尾礦量巨大，使生態(tài)環(huán)境造成嚴重惡化，因此，對離子型稀土尾礦進行綜合利用是當前亟待解決的問題。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，應用面廣，但在多孔材料方面的應用還需要系統(tǒng)的研究。本文以離子型稀土尾礦為研究對象，對離子型稀土尾礦進行活化研究，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，并對該材料的保溫性能和熱穩(wěn)定性進行研究。
　　為提高稀土尾礦的活性，采用機械球磨及加熱煅燒對稀土尾礦進行活化，通過采用堿溶浸出法評價活化后稀土尾礦的活性，探索最佳的活化條件，并用XRD、FTIR對活化稀土尾礦的活性進行判斷。試驗結果表明，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，表明此時稀土尾礦的活化程度最高，同時活化后，稀土尾礦的物相發(fā)生了變化，晶體無序度增加，產生了具

3、有活性的無定型物質，且主要原因是由于稀土尾礦物質內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，以抗壓強度為考察指標，采用正交實驗法對地聚合物的制備配方進行優(yōu)化，并利用 XRD、FTIR、SEM對優(yōu)選試樣的微觀結構進行表征。實驗結果表明，堿激發(fā)劑中Na與稀土尾礦中 Al的摩爾比對地聚合物的抗壓強度影響最大，正交實驗得出的最佳方案是 nNa/nAl為0.8，水玻璃模數(shù)為1.5，水固

4、比為0.5，此時地聚合物的7d抗壓強度最大為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狀結構的無定型膠凝物質，稀土尾礦中參與地聚合反應主要起作用的物質是高嶺石，石英和長石起骨料的作用。地聚合物中膠凝物質將這些未反應或部分反應的顆粒粘結起來，結構致密，使地聚合物形成一定的強度。
　　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)護溫度等因素對多孔材料的強度、體積密度和氣孔率的影響，并通過掃描電鏡對不同發(fā)泡劑制備的多孔材料的微觀孔結構進行了分析。試驗結果表明，過氧化氫對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，抗壓強度在0.94～13.56 MPa之間；過氧化氫和十二烷基硫酸鈉復合發(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，抗壓強度在0.26～5.80 MPa之間，十二烷基硫酸鈉對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，氣孔分布不均，孔徑較大，多為閉孔，且強度較高，適合應用于對強度要求高于氣孔率的

7、領域；使用復合發(fā)泡劑時，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12h，固化成型得到測試要求的試樣，采用雙護熱平板法測量不同體積密度下多孔材料的導熱系數(shù)，選擇最優(yōu)試樣進行熱穩(wěn)定的測試，測試不同煅燒溫度下多孔材料的抗壓強度，且分別運用熱重差熱