页岩提钒酸浸渣制备地聚物的工艺及其机理研究.doc

页岩提钒酸浸渣制备地聚物的工艺及其机理研究地聚物是活性硅铝酸盐材料经激发后形成的以离子键或共价键为主的Si-O-Al网络状结构的胶凝材料,因其具有优异的抗化学侵蚀、耐高温、抗冻融和固化重金属离子等性能而备受研究者关注。页岩提钒酸尾渣是我国页岩钒行业普遍存在的大宗固废,一般Si、Al组分含量较高,粒度适宜,具有制备地聚物的基础条件。论文以页岩提钒酸浸渣为对象,首先采用热-化学活化对页岩提钒酸浸渣进行活化预处理工艺研究,然后通过XRD、FTIR、SEM-EDS等分析测试手段对活化前后的页岩提钒酸浸渣进行表征,揭示其活化机理,并用其成功制备出指标良好的地聚物,研究结果拓宽了地聚物的原料来源,也解决了钒尾渣带来的环境问题。研究得到的主要结论如下:通过对页岩提钒酸浸渣中的主要物质进行热力学分析,发现碳酸钠能与页岩提钒酸浸渣中的硅铝矿物反应,实现其同步活化。在Na₂CO₃添加量为15wt%,活化温度为450°C,活化时间为60min的条件下,活化渣的（Si+Al）浸出浓度达到了1350.2mg/L,相比于同等条件下的NaOH,活化渣的（Si+Al）浸出浓度提高了约30%。对碳酸钠碱融反应进行物相转变分析,发现在碳酸钠的作用下,页岩提钒酸浸渣中石英的衍射峰逐渐变弱同时霞石的衍射峰逐渐出现,说明页岩提钒酸浸渣中的硅铝矿物晶体遭到严重的破坏,并生成了霞石等高活性物质;同时由于碳酸钠的性质相较于氢氧化钠更加温和,因此其可操作性更强,从而实现对页岩提钒酸浸渣进行安全高效的活化。以活化后的页岩提钒酸浸渣为原料,得出地聚物的最佳制备工艺为:页岩提钒酸浸渣/偏高岭土为9:1,液体硅酸钠的模数为3.0,液体硅酸钠的掺量为14wt%,此条件下地聚物试样3d的抗压强度可以达到27.55MPa。对不同模数的液体硅酸钠制备的地聚物进行表征分析表明:液体硅酸钠中的硅酸根起一个诱导作用,液体硅酸钠的模数越高,其硅酸根含量越高,与页岩提钒酸浸渣中的无定形硅铝物质反应也越迅速,从而生成更多的硅铝凝胶相,促进了地聚物抗压强度的提高。通过对以碳酸钠为活化剂制备的地聚物进行泛霜现象评价,发现其在长时间内（28d）都未产生泛霜的现象,表明碳酸钠与页岩提钒酸浸渣反应更充分,其活化效率更高,活化效果更好。