技术领域
[0001] 本发明涉及工业固体废物资源化利用领域，特别涉及一种酸激发锂渣基地质聚合物及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 锂渣是酸法提锂过程中产生的酸性废渣。随着电动车和可再充电电池的需求增长，锂的生产量急剧上升，相应地，锂渣的产量也在增加，目前每年的锂渣产量在120万吨左右。电解锰渣是由锰矿石在电解锰过程中经一系列工序后产生的酸性废渣，我国电解锰渣年产量近1000万吨，目前这些废渣的主要处置方式多为堆存和填埋，不仅浪费了土地资源，废渣中含有的重金属对周边土壤、地下水和生态环境造成了污染，废渣的大规模无害化、资源化处置迫在眉睫。
[0003] 地质聚合物是一种无机聚合材料，根据所使用激发剂的不同，可以分为碱激发地聚物和酸激发地聚物。相比于碱激发地聚物，酸激发地聚物的研究相对较少，与碱激发地质聚合物相比，酸激发地质聚合物不会产生碱骨料反应等问题。然而目前的酸激发地质聚合物还存在一些问题：(1)地质聚合物的制备依赖于特定类型的硅铝材料，原料较为单一，如天然的高岭土，极大限制了地质聚合物的广泛应用和大规模生产；(2)不能最大化利用现有的固废原料，导致生产成本高；(3)在极端条件下，材料的抗侵蚀能力弱。
具体实施方式
[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0037] 实施例
[0038] 下面结合具体实施例和对比实施例来进一步说明本发明，以下具体实施例均为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制，特别并不局限于下述具体实施例中所使用的各组分原料的型号。<实施例和对比例的原料来源>
[0039] 偏高领土：由高岭土在750℃马弗炉中煅烧3h而成，高岭土购自上海麦克林生化科技股份有限公司；通过网筛可获得不同粒径；
[0040] 锂渣：取自江西领能锂业有限公司；通过网筛可获得不同粒径；
[0041] 电解锰渣：取自贵州省铜仁市松桃县某锰矿；通过网筛可获得不同粒径；
[0042] 磷酸溶液：纯度为85％，购自上海麦克林生化科技股份有限公司；
[0043] 乙酸：分析纯，购自上海麦克林生化科技股份有限公司；
[0044] 硼砂：十水合四硼酸钠，分析纯，购自上海麦克林生化科技股份有限公司；
[0045] 氧化镁：轻烧氧化镁、重烧氧化镁，购自天津市华盛化学试剂有限公司；
[0046] 磷酸溶液A：加水稀释成质量份数为40％的磷酸溶液；
[0047] 磷酸溶液B：加水稀释成质量份数为60％的磷酸溶液；
[0048] 磷酸溶液C：加水稀释成质量份数为30％的磷酸溶液；
[0049] 磷酸溶液D：加水稀释成质量份数为70％的磷酸溶液。
[0050] <制备方法>
[0051] 实施例及对比例的地质聚合物的制备方法如下：
[0052] i)按重量份称取磷酸，将水与磷酸混合稀释，制备磷酸溶液；
[0053] ii)将锂渣、电解锰渣、偏高岭土和金属氧化物放入烘箱中，100～105℃下烘干24h后，在球磨机进行机械活化，筛选不同粒径，并按重量份称取机械活化后的锂渣、电解锰渣、偏高岭土和金属氧化物与减水剂、硼砂搅拌均匀，导入i)磷酸溶液中，得到浆料；
[0054] iii)将ii)所述浆料搅拌均匀后倒入40*40*160(mm)模具中固化，覆膜，在60℃下养护24h后拆模，在常温常湿下养护至相应龄期，得到酸激发锂渣基地质聚合物。
[0055] 各实施例的配比见表1，对比例的配比见表2，单位为重量份。
[0056] 表1实施例各组分配比
[0057]
[0058] 表2对比例各组分配比
[0059]
[0060]
[0061] 本发明各实施例和对比例的性能测试标准如下：
[0062] (1)抗压强度及抗折强度(MPa)
[0063] 分别检测3天(d)和28天(d)的样品的抗压强度及抗折强度。参照《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346‑2011进行。
[0064] (2)重金属离子浸出浓度测试
[0065] 取28d龄期的样品参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》HJ/T299‑2007进行重金属离子浸出浓度测试。
[0066] (3)压汞试验
[0067] 取28d龄期的样品参照《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分：压汞法》GB/T 21650.1‑2008进行孔隙率测试。
[0068] 实施例和对比例的抗压强度、抗折强度、重金属离子浸出测试、孔隙率测试结果如表3和表4所示。
[0069] 表3实施例测试结果
[0070]
[0071]
[0072] 表4对比例测试结果
[0073]
[0074]
[0075] 注：/代表未能检测出数据。
[0076] 由表3数据可知，实施例制备的地质聚合物力学性能优异，3d抗压强度不低于20MPa，28d不低于32MPa；3d抗折强度不低于3MPa，28d不低于5MPa，重金属浸出浓度低，地质聚合物的孔隙率不高于38.5％，最可几孔径不高于71nm。
[0077] 对比例均和实施例1单一变量。其中，对比例1中使用了乙酸溶液，对比例2锂渣、电解锰渣的粒径过大，对比例3偏高岭土粒径过大，对比例4～5仅使用单一固废，对比例6～7磷酸的浓度过低及过高，对比例8～9硼砂的添加量过低及过高，对比例10磷酸溶液添加量过多，对比例11氧化镁添加量过多，以上均无法实现高力学性能的同时，降低重金属浸出浓度，且降低地质聚合物的孔隙率和平均孔径。
[0078] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
