電導率可調控鹼激發赤泥基半導體膠凝材料的製備的製造方法與工藝
2023-05-17 23:51:56
本發明屬於半導體材料的製備及其固體廢棄物資源化利用領域，具體涉及一種電導率可調控的鹼激發赤泥基半導體膠凝材料合成方法。
背景技術：
赤泥是氧化鋁生產過程中產生的廢渣，因礦石品位、生產方法和技術水平的不同，大約每生產1噸氧化鋁要排放1.0～1.5噸的赤泥，基於對氧化鋁需求的增加，到2015年底，全球赤泥排放量將達到40億噸[1]。赤泥中含有大量的工業鹼、氟化物以及其它金屬等，長期堆存不僅佔用大量土地資源，而且極易造成對地表、空氣、地下水的汙染和破壞，赤泥壩還存在赤泥外洩的安全隱患。在我國鋁工業迅猛發展的同時，赤泥堆存帶來的資源浪費、環境汙染和安全隱患等問題日益凸顯，因此，赤泥的多渠道綜合利用已迫在眉睫。目前，赤泥的綜合利用主要分為三類，一是將赤泥作為礦物原料，整體利用；二是提取其中有用成分，回收有價金屬；三是環保修復領域的應用[2-4]。赤泥因含有可利用的氧化物和多種有價金屬，而成為其再利用的寶貴資源；利用赤泥中含有的SiO2、Al2O3、MgO、TiO2、Cr2O3等氧化物生產特種玻璃；利用赤泥中高含量的CaO、SiO2生產矽酸鹽水泥及其它建材[5，6]。國內外將赤泥作為礦物原料的研究主要集中於生產水泥[7-10]、免燒磚[12]、燒結磚[13]、輕質免燒磚[14]、加氣混凝土砌塊[15]、廢水處理[16-19]、抗靜電製品[20]、赤泥基膠凝材料等[21-24]。李良波等將超高相對分子質量的聚氯乙烯、微細赤泥、炭黑、增塑劑、以及其他助劑共混製備複合導電材料，在聚氯乙烯和導電炭黑以及其他助劑的共混體系中，分別使用碳酸鈣和超微細赤泥為填料，測試該體系中不同炭黑用量的材料的體積電阻率，發現超微細赤泥填充劑的體系比使用碳酸鈣為填充劑的體系導電相分布更均勻，研究的目的是使用超高相對分子質量的PVC樹脂，作為抗靜電地板材料的基料，與導電炭黑製備具有熱塑性彈性體特性的抗靜電製品[20]。劉崢等以不同配比的赤泥、偏高嶺土為原料製備赤泥-偏高嶺土地質聚合物，並探討了不同配比對地質聚合物性能的影響及水化機理[21]；張娜等人採用X-射線光電子能譜技術對赤泥-煤矸石基膠凝材料水化過程進行表徵，對該膠凝材料中的Ca、Si、Al、O、Na等主要元素化學鍵能的變化進行了深入的分析[22]；祝麗萍等人報導了一種赤泥-礦渣-石膏-少熟料膠凝材料，採用掃描電鏡對該膠凝材料的凝結時間、初期水化過程、強度發展、微觀結構等近了較系統的研究[23]。倪文等的中國專利申請(公開號：CN103397128A)公開了一種赤泥深度還原提鐵及二次尾渣製備膠凝材料的方法，該方法將破碎後的赤泥與還原劑及助劑混合均勻，在氧化氣氛窯爐的密封窯內或還原氣氛爐中深度還原，製備出的膠凝材料的抗壓和抗折強度均達到複合矽酸鹽水泥32.5的標準[24]。針對赤泥基膠凝材料抗壓強度低的問題，一些學者報導了採用不同種類的激發劑激活赤泥，以提高赤泥基膠凝材料力學性能[25，26]。黃迪等人分別採用脫硫石膏、天然石膏、石灰、水泥熟料等激發劑對赤泥-礦渣基膠凝材料性能的影響，結果表明脫硫石膏對體系的激發效果最明顯，能顯著提高試塊的力學性能[25]；申建立等人報導了礦渣與赤泥在石灰及氫氧化鈉激發下的膠凝材料的強度變化規律[26]；王林江等的中國專利(公開號：CN10260100A)公開了以拜耳法赤泥和高嶺土為原料製備鋁矽酸鹽聚合物材料的方法，以氫氧化鈉和矽酸鈉的混合水溶液為激發劑，將70-90％拜耳法赤泥與10-30％高嶺土混合，成型後在35-60℃固化4-8h，脫模後在35-60℃固化48-72h，然後室溫養護5d，其力學行能有所增加[27]。陳紅霞等報導了不同煅燒溫度對赤泥膠凝性能的影響[28]；閆軍等人報導了當赤泥700℃焙燒活化後，在赤泥：礦渣：水玻璃為50:45:5的配比時，製備了赤泥基鹼激髮膠凝材料，其強度可達到42.5MPa[29]；馮向鵬等人研究表明熱激發可大大提高赤泥的活性，經600℃煅燒後的赤泥顆粒邊緣出現了很多毛細網狀結構，顆粒變得非常鬆散，所製得的膠凝材料可以達到42.5水泥強度標準的要求[30]。有關赤泥基膠凝材料的耐酸鹼鹽腐蝕行為、固化金屬離子等性能有所報導。胡潔等人對鹼激發赤泥膠凝材料的耐酸鹼鹽腐蝕行為及固化Pb2+、Na+進行了研究。一些學者針對赤泥基膠凝材料的吸附性能及光催化性能進行了報導[31，32]；Ahundogand等人研究了赤泥基膠凝材料作為吸附劑用於吸附As3+、氟化物[33，34]。朱文鳳等的中國專利申請(公開號：CN103920457A)公開了利用拜耳法赤泥製備地聚物吸附材料的方法，該方法以高嶺土和赤泥為原料，以3:7混合，加入水玻璃，在所得料將中加入適量鋁粉或皂粉，再攪拌均勻，將料將裝入磨具，放入烘箱中養護，然後成型脫模[35]。張耀君等的中國專利(公開號：CN103537298A)公開了一種赤泥基聚合物催化劑製備及在製取氫能中應用，該方法以不同產地的赤泥為原料，在化學激發劑的作用下，製得赤泥基聚合物光催化劑，將該催化劑用於光分解水製備氫能反應[36]。綜上所述，發明人通過系統查閱了大量的國內外文獻資料及專利，沒有發現有關任何炭黑調控鹼激發赤泥基半導體膠凝材料的製備方法的相關報導。以下是申請人檢索的相關文獻：[1]陳紅亮，汪婷，柯楊，王勝碧，赤泥中鈉鐵酸法浸出的工藝條件和機理探討，無機鹽工業，01(2016)44-48。[2]王瑞燕，何麗紅，赤泥-粉煤灰加氣混凝土技術性能及強度形成機理研究，混凝土，12(2011)45-48。[3]練佳佳，唐慶傑，吳文榮，邵天旗，宋兵，曹建亮，馬名傑，赤泥在環境修復領域的應用綜述，矽酸鹽通報，11(2015)3236-3242。[4]姚珺，金雲霄，鄭明明，赤泥製備環境修復材料的吸附性能研究，工業安全與環保，03(2014)27-30。[5]馬洪坤，於奇正，鍾景波，陳躍先，沈衛國，陳敏，赤泥在建築材料方面的綜合利用，建材世界，05(2012)9-12。[6]孫冠華，趙普，趙鵬，利用工業廢渣赤泥製備高效混凝劑及其混凝效果的研究，化工管理，35(2015)223-224。[7]吳建鋒，方斌正，徐曉虹，張亞祥，李坤，勞新斌，...