以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物及其製備方法
2023-05-16 19:18:36
以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物及其製備方法，該地聚合物的原料組分為預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土、填料、水、複合激發劑；通過將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土、填料幹混後，加入水和複合激發劑繼續攪拌均勻後，將所得混合料壓製成型，在室溫下自然養護。製得褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物；本發明工藝簡單、能耗小、成本低、所得製品抗壓強度高。
【專利說明】以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於地聚合物【技術領域】，具體涉及一種以褐煤提鍺尾礦為主要原料的地聚合物及其製備方法。
【背景技術】
[0002]法國材料科學家Joseph Davidovits最早提出地聚合物一詞,原意是指由地球化學作用或人工模仿地質作用製造出的矽鋁酸鹽礦物聚合物，其優點主要表現在高強度、快速固化、耐高溫、隔熱等方面。
[0003]目前在國內外的研究中，主要以高嶺石或偏高嶺石為原料來製備地聚合物(王鴻靈，李海紅，閻逢元.一種鋁矽酸鹽礦物聚合材料的製備方法[P].CN200310117752，2013)，而高嶺石作為一種市售原材料，價格也在逐年上漲。目前，雖有一些研究是利用固體廢棄物為原料製備地聚合物，但鹼激發劑摻量較高，且需要置於乾燥箱或養護箱中養護，從而導致成本較高(劉崢，袁帥，劉潔.一種硅藻土地聚物膠凝材料的製備方法[P].CN102924035A，2013)，並且當前以褐煤提鍺尾渣為主要原料製備蒸壓磚的研究未見報導。
[0004]在提鍺的過程中，先將褐煤焙燒，再採用大量的含酸溶液處理含鍺煙塵，將其中的四價鍺轉移到溶液中，過濾洗滌後，濾渣經鹼石灰中和後即為褐煤提鍺尾渣。目前褐煤提鍺尾渣主要採取堆放處理，容易造成佔地、汙染環境等問題，同時也造成很大的安全隱患。因此，如何利用褐煤提鍺尾渣成為我們必須要研究的一項重要課題，目前的研究主要是製備建材方面。如:利用褐煤提鍺尾渣製備燒結陶粒及免燒陶粒，而以褐煤提鍺尾渣為原料製備地聚合物的研究未見報到。本研究採用褐煤提鍺尾渣為基質製備地聚合物，以實現二次資源回收利用和環保的目的。本發明工藝簡單、能耗小、尾渣利用率高。
【發明內容】
[0005]本發明旨在克服已有的技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單，能耗較小的褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，該地聚合物組成物及其重量百分比為預處理褐煤提鍺尾渣50wt%~63.5wt%、偏高嶺土 5wt%~18wt%、填料 5wt%~10wt%、水 12wt%~14.5wt%、複合激發劑10wt°ri2wt% ;各組分的重量百分比之和為100%。
[0006]其中所述複合鹼激發劑是矽酸鈉和氫氧化鈉按任意比混合製得。
[0007]所述預處理褐煤提鍺尾渣是先將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm,即得預處理褐煤提鍺尾渣。
[0008]所述偏高嶺土為廣東地區高嶺石在650_850°C下鍛燒2_4h後研磨所得，平均粒徑為3.8 μ m，其中Al2O3的含量為38.5%~40%。
[0009]所述填料為細砂、石灰石粉中的一種或兩種的任意比混合物，細砂和石灰石粉均為常規市購產品。
[0010]本發明另一目的是提供以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物的製備方法，具體操作步驟如下:(1)將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm，得預處理褐煤提鍺尾渣；
(2)將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土倒入攪拌機內幹混5min^15min後得到混合料，另將複合鹼激發劑溶解於水中，配製成複合鹼激發劑溶液；
(3)將步驟(2)所得混合料中加入複合鹼激發劑溶液中，密封攪拌15~30min；
(4)在步驟(3)所得混合料中加入填料,攪拌5~15min；
(5)將步驟(4)所得混合料置於模具中，在壓力為10~20Mpa下壓製成型，成型後的坯體於室溫下養護14~28d，即得以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物。
[0011]所述壓製成型壓力為10~20Mpa,所得製品大小為C>50mmX25mm。
[0012]本發明中所述褐煤提鍺尾渣是指將含鍺褐煤篩分、制煤球後加入鏈條爐冶煉，對爐內產生的含鍺煙塵採用旋風收煙器、布袋收塵器進行收集，然後採用8~9mol/L鹽酸溶液對含鍺煙塵加溫浸出，加熱溫度為是8(T90°C，浸出時間4h-8h，鍺以四氯化鍺的形式轉移到浸出溶液中，將溶液過濾，濾渣水洗後經鹼石灰中和至中性即得到褐煤提鍺尾渣；製得的褐煤提鍺尾渣粒度較粗，粒徑大於3mm的尾渣>80%，需經過粉磨才能成球；其塑性指數為12%~14%，可塑性中等；含鍺褐煤的冶煉採用常規方法進行，如參照申請號93121175.1中方法實施。
[0013]由於採用了上述技術方案，本發明有以下有益效果:
1、本發明以褐煤提鍺尾渣為原料製備地聚合物，解決了尾礦堆存造成的安全隱患，環境汙染等問題，實現了尾礦等廢料的二次資源綜合利用，拓寬了製備地聚合物的原料來源；
2、本發明中褐煤提鍺尾渣前期經過酸浸並水洗，礦物表面較粗糙，因此該礦物中所含二氧化矽的活性更高，有利於後期聚合反應的進行，故製備的地聚合物強度更高；
3、該製備工藝只需蒸壓養護而不需要高溫焙燒，工藝簡單，節約了生產成本，有效地降低了能耗，並且所得製品抗壓強度高；
因此，本發明具有工藝簡單，能耗小的優點，拓寬了地聚合物的原料來源，開拓了褐煤提鍺尾渣綜合利用的新途徑，其產品強度高，耐久性能優良。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護範圍不局限於所述內容，本實施例中所用試劑如無特殊說明，均為常規市售試劑。
[0015]實施例中所述褐煤提鍺尾渣均來自雲南某選礦公司，其是由含鍺褐煤篩分、制煤球後加入鏈條爐冶煉，對爐內產生的含鍺煙塵採用旋風收煙器、布袋收塵器進行收集，然後採用8~9mol/L鹽酸溶液對含鍺煙塵加溫浸出，加熱溫度為是8(T90°C，浸出時間4tT8h，鍺以四氯化鍺的形式轉移到浸出溶液中，將溶液過濾，濾渣洗滌後經鹼石灰中和至中性即得到褐煤提鍺尾渣。
[0016]實施例1:以褐煤提鍺尾 渣為主要原料的地聚合物組成物及其重量百分比為:預處理褐煤提鍺尾渣50wt %、偏高嶺土 18wt%、細砂IOwt %、水12wt%、複合鹼激發劑(矽酸鈉和氫氧化鈉按質量比1:1的比例混合製得)10%，其中所述偏高嶺土為廣東某地區高嶺石在650°C下鍛燒4h後研磨所得，平均粒徑為3.8 μ m，其中Al2O3的含量為38.5%。[0017]上述褐煤提鍺尾渣地聚合物的製備步驟如下:
Cl)將褐 煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm，得預處理褐煤提鍺尾渣；
(2)將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土倒入攪拌機內幹混5min後得到混合料，另將複合鹼激發劑溶解於水中，配製成複合鹼激發劑溶液；
(3)將步驟(2)所得混合料中加入複合鹼激發劑溶液，然後在密封容器中攪拌15min；
(4)將步驟(3)所得混合料中加入細砂，再機械攪拌5min；
(5)將步驟(4)所得混合料置於金屬模具中，在壓力為IOMpa下壓製成型，成型後的坯體於室溫下養護14d，即得以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物。
[0018]本實施例所製備的地聚合物外形美觀，抗壓強度可達到20Mpa以上，有良好的抗滲性及抗壓性，並且具有良好的後期強度。
[0019]實施例2:以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物組成物及其重量百分比為:預處理褐煤提鍺尾渣63.5wt %、偏高嶺土 5wt%、石灰石粉5wt %、水14.5wt%、複合鹼激發劑(矽酸鈉和氫氧化鈉按質量比2:1的比例混合製得)12%，其中所述偏高嶺土為廣州地區高嶺石在750°C下鍛燒3h後所得，平均粒徑為3.8 μ m，其中Al2O3的含量為39%。
[0020]上述褐煤提鍺尾渣地聚合物的製備步驟如下:
Cl)將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm，得預處理褐煤提鍺尾渣；
(2)將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土倒入攪拌機內幹混IOmin後得到混合料，另將複合鹼激發劑溶解於水中，配製成複合鹼激發劑溶液；
(3)將步驟(2)所得混合料中加入複合鹼激發劑溶液，然後密封容器中攪拌20min；
(4)將步驟(3)所得混合料中加入石灰石粉，再機械攪拌IOmin；
(5)將步驟(4)所得混合料置於金屬模具中，在壓力為15Mpa下壓製成型，成型後的坯體於室溫下養護21d，即得以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物。
[0021]本實施例所製備的地聚合物外形美觀，抗壓強度可達到24Mpa以上，有良好的抗滲性及抗壓性，並且具有良好的後期強度。
[0022]實施例3:以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物組成物及其重量百分比為:預處理褐煤提鍺尾渣58wt %、偏高嶺土 10wt%、填料(細砂和石灰石粉按質量比1:1混合製得)IOwt %、水12wt%、複合鹼激發劑(矽酸鈉和氫氧化鈉按質量比1:2的比例混合製得)10%，其中偏高嶺土為廣東某地區高嶺石在850°C下鍛燒2h後所得，平均粒徑為3.8 μ m，其中Al2O3的含量為40%。
[0023]上述褐煤提鍺尾渣地聚合物的製備步驟如下:
Cl)將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm，得預處理褐煤提鍺尾渣；
(2)將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土倒入攪拌機內幹混15min後得到混合料，另將複合鹼激發劑溶解於水中，配製成複合鹼激發劑溶液；
(3)將步驟(2)所得混合料中加入複合鹼激發劑溶液，然後密封容器中攪拌30min；
(4)將步驟(3)所得混合料中加入細砂和石灰石粉混合物，再機械攪拌15min；
(5)將步驟(4)所得混合料置於金屬模具中，在壓力為20Mpa條件下壓製成型，成型後的坯體於室溫下養護28d，即得以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物。
[0024]本實施例所製備的地聚合物外形美觀，抗壓強度可達到28Mpa以上，有良好的抗滲性及抗壓性 ，並且具有良好的後期強度。
【權利要求】
1.一種以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，其特徵在於:其組成物及其重量百分比為:預處理褐煤提鍺尾禮:50wt%~63.5wt%、偏高嶺土 5wt%~18wt%、填料5wt%~10wt%、水12wt%~14.5wt%、複合激發劑 10wt%~12wt%。
2.根據權利要求1所述的以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，其特徵在於:複合鹼激發劑是矽酸鈉和氫氧化鈉按任意比混合製得。
3.根據權利要求1或2所述的以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，其特徵在於:預處理褐煤提鍺尾渣是先將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm,即得預處理褐煤提鍺尾渣。
4.根據權利要求1或2所述的以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，其特徵在於:偏高嶺土為廣東地區高嶺石在650-850°C下鍛燒2-4h後研磨所得。
5.根據權利要求1或2所述的以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物，其特徵在於:填料為細砂、石灰石粉中的一種或兩種的任意比混合物。
6.權利要求1所述的以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物的製備方法，其特徵在於製備步驟如下: Cl)將褐煤提鍺尾渣烘乾至含水率小於lwt%，再破碎至粒度〈0.074mm，得預處理褐煤提鍺尾渣； (2)將預處理褐煤提鍺尾渣、偏高嶺土倒入攪拌機內幹混5min^15min後得到混合料，另將複合鹼激發劑溶解於水中，配製成複合鹼激發劑溶液； (3)將步驟(2)所得混合料中加入複合鹼激發劑溶液中，密封攪拌15~30min； (4)在步驟(3)所得混合料中加入填料,攪拌5~15min； (5)將步驟(4)所得混合料置於模具中，在壓力為10~20Mpa下壓製成型，成型後的坯體於室溫下養護14~28d，即得以褐煤提鍺尾渣為主要原料的地聚合物。
【文檔編號】C04B28/00GK103964768SQ201410181049
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月4日 優先權日:2014年5月4日
【發明者】陳佳, 那金華, 李文華, 王朝雯, 張海芳, 李榮玲, 朱國衛, 潘繼軍 申請人:臨滄師範高等專科學校