稀土尾矿地聚物的制备及其固化重金属的研究开题报告

全文总字数：4605字

1. 研究目的与意义（文献综述）

joseph davidovits在1978年首次提出了“地质聚合物”这个词。地质聚合物是由硅氧四面体和铝氧四面体结合形成的非晶态到半晶态的三维铝硅酸盐骨架结构^[1]。地质聚合物是由固体铝硅酸盐化合物和碱性溶液反应制备；而地质聚合的过程，先通过碱性试剂使硅、铝溶解，然后铝酸盐和硅酸盐形成凝胶，进而形成具有无定形三维结构的铝硅酸盐低聚物，最后通过聚合形成地质聚合物^[1,4]。制备地质聚合物的原料铝硅酸盐化合物可以是天然的矿物，也可以是含有铝和硅化合物的工业废料。矿山尾矿作为选矿后富含铝硅酸盐材料的巨大工业废弃物，在地质聚合物的合成中有广泛的应用前景。将矿山尾矿作为制备地质聚合物的原料，不仅可以降低尾矿堆积对企业带来的负面影响，而且减少土壤污染、水污染、植被破坏、溃坝和土地占用等环境问题^[6]。因为地聚物稳定的三维骨架结构，地聚物具有多方面优良性能，早期强度高、低渗透性、良好的耐化学性和优良的耐火性能、抵抗冻融能力强，其生产能耗和碳排放量分别是普通硅酸盐水泥（opc）的40%和20%，被认为是普通硅酸盐水泥的替代品，广泛应用于建筑领域^[2,3]。同时，地聚物混凝土在固化重金属方面也有广泛的应用，其稳定的物理化学性质有利于封闭重金属溶出通道，内部的非晶态凝胶结构也有助于固化重金属^[5]。

随着矿产资源的大量开发和消耗，尾矿不仅因为其带来的环境问题而引起全社会的广泛关注，而且它作为二次资源也受到世界各国的高度重视^[7]。wei^[8]等人研究利用机械活化法（ma）从低活性、富硅的钒尾矿（vt）中制备地聚合物的可行性。结果表明，ma是提高vt反应活性的有效方法。活化尾矿基地质聚合物的最大抗压强度（25 mpa）超过了基于原始vt的地质聚合物的最大抗压强度（8.7 mpa）。此外，机械力活化法制备的尾矿地质聚合物具有更短的凝结时间和更好的抗化学侵蚀性。

funda demir^[9]等人研究利用贝尔加马金矿的尾矿合成一种具有多孔结构的地质聚合物，并采用中心复合内接（cci）设计方法确定了最佳地质聚合物样品。然后利用合成的地聚物样品吸附铅（pb² ）。实验结果表明，金矿尾矿基地质聚合物对pb² 的吸附符合langmuir等温线模型（r² = 0.999）和准二级动力学模型（r² = 0.993）。最佳地质聚合物样品的吸附效率为94%。这表明利用工业废渣作为原料合成地聚物是可行的，可用于环境净化。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：

本研究旨在利用尾矿制备地聚物来实现尾矿固废的资源化利用，以减少尾矿堆积带来的各种环境问题，并且利用尾矿地聚物来固定重金属，即减少了重金属污染，也达到了以废制废的目的。

研究的基本内容：

3. 研究计划与安排

第01~02周 了解国内外尾矿制备地聚物的研究现状，包含地聚物的特性、制备、影响因素以及重金属的固化等；

第03~04周 通过查阅资料了解地聚物的制备方法和影响因素，制定试验方案；

第05~06周 按实验方案进行单因素实验，制备稀土尾矿基地质聚合物材料；

4. 参考文献（12篇以上）

1. singh nb, middendorf b. geopolymers as an alternative to portland cement: an overview. constr build mater. 2020;237:117455.

2. 段玉杰, 周伟, 姬翔, 等. 水固比对溶胶-凝胶法合成地聚物性能的影响[j]. 水力发电学报, 2020, 39(1): 102-109.

3. b.singh,ishwarya g.,m. gupta, s.k. bhattacharyya. geopolymer concrete: a review of some recent developments. construction and building materials. 2015;85:78-90.

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