[发明专利]一种基于锰渣、粉煤灰的地质聚合物凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用锰渣、粉煤灰作原料制备的质聚合物凝胶材料及其制备方法和应用，所述组合物包括以固体组分和激发组分计，65‑85wt％的固体组分和15‑35wt％的激发组分，所述组合物还包括防水剂；所述固体组分由粉煤灰或锰渣和粉煤灰的混合物组成，所述混合物中锰渣和粉煤灰的重量比为1:(0.5～15)；所述激发组分由激发剂组成。在所述制备过程中，不产生二次废渣、废水和废气，实现安全绿化实施；所述地质聚合物凝胶材料具有快凝早强、强度适中、工艺简单、生产成本低、安全有效、耐久性能好等特点；所述材料可用于建筑、土木工程和快速修补材料中；实现工业固废资源化。

技术领域

本发明属于地质聚合物凝胶材料技术领域，具体涉及一种基于锰渣、粉煤灰的地质聚合物凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国电解锰的生产总量占全球总量的98.6％，其中接近80％的电解锰是以碳酸锰矿石为原料生产。由于我国碳酸锰矿石平均品位低，电解锰生产的精矿和电解锰渣的重量比约为1:8。我国每年锰渣排放量高达800万吨左右，大量的锰渣不仅占用堆存场地，而且产生了严重的环境污染问题。据悉，锰渣在长期的风化淋溶作用下，对周边的土壤、地表水、地下水体系造成污染，而且由于淋出液中含有呈棕褐色的泥炭和矿物质，会影响河床和水体的颜色；锰渣中的可溶性矿物质元素还会直接威胁动物和人类的身体健康，过量锰元素可使人类肝功能受损、肠道不畅、神经系统功能性障碍；硒过量易引起头发脱落、指甲变形。

粉煤灰主要指燃煤电厂锅炉烟气经过除尘器收集后获得的细小飞灰和炉渣。粉煤灰的产生量很大，通常1吨煤燃烧后产生250～300kg粉煤灰。中国作为煤炭大国，粉煤灰产量一直居高不下，中国粉煤灰的开发利用率近年在70％左右，预计2020年，我国粉煤灰总堆存量将达到30多亿吨。大量堆放的粉煤灰不仅浪费土地，而且会对土壤、大气等造成严重污染，给人类身体健康带来危害。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种包括锰渣、粉煤灰和防水剂的地质聚合物凝胶材料，所述地质聚合物凝胶材料具有优异的力学性能，同时还具有优异的抗裂纹性能、耐久性能和防水防渗透性能，最为重要的是，其还可以实现对锰渣中重金属的固封，使其难以溶解于水溶性的体系中，在使用过程中，不会造成重金属的外泄，对环境也没有任何负面影响，是解决锰渣再利用的一种有效途径；所述防水剂的加入，对于固封的效果更佳显著，有效减缓了地质聚合物凝胶材料的开裂，进一步抑制了重金属外泄对环境造成的污染。

本发明的目的之二在于提供一种制备上述地质聚合物凝胶材料的方法，发明人研究发现，工业废锰渣，尤其是以碳酸锰矿石为原料电解生产锰时产生的电解锰渣中含有大量的重金属元素(如铬、锰、铅、镉等)，不能简单地将其作为一般废渣(如矿渣、钢渣等)进行处理，而要充分考虑到其中所含有的大量的重金属离子，在使用过程中是否会溢出而造成环境污染等问题。研究人经过大量的实验研究发现，以工业废锰渣，尤其是以碳酸锰矿石为原料电解生产锰时产生的电解锰渣和粉煤灰为主要原料制备地质聚合物凝胶材料，能够作为所述锰渣和粉煤灰无害化处理的有效途径，并且该方法工艺简单，可以实现工业化生产。

第一方面，本发明提供一种地质聚合物凝胶材料用组合物，所述组合物包括以固体组分和激发组分计，65-85wt％的固体组分和15-35wt％的激发组分，所述组合物还包括防水剂；所述固体组分由锰渣和粉煤灰的混合物组成；所述防水剂的用量为相当于固体组分重量的2-6wt％；所述混合物中锰渣和粉煤灰的重量比为1:(0.5～15)；所述激发组分由激发剂组成。

优选地，所述锰渣和粉煤灰的重量比为1:(1～10)；还优选为1:(1～9)。

优选地，以固体组分和激发组分计，所述固体组分的含量为70-80wt％，所述激发组分的含量为20-30wt％。

优选地，所述防水剂的用量为相当于固体组分重量的3-5wt％。

根据本发明，所述激发剂包括水玻璃和氢氧化钠。