【技术推介】冶金渣低碳地聚合物制备及其机理研究

冶金渣是冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物。据统计，2020年，我国共产生工业固废37.87亿 t，其中冶金渣6.89亿t，占比18.19%，是除尾矿及煤矸石以外产生量第三的大宗工业固废。

冶金渣的堆存占用大量土地的同时，也给空气、土壤及水资源带来了巨大的污染风险，造成沉重的环境负担，“双碳”背景下，加强冶金渣的综合利用已刻不容缓。

以2019 年为例，我国硅锰渣、镍铁渣的产量分别为 125～1358.5 万吨、232～348 万吨。

累积堆存量不断增加，占用大量的土地资源，对企业的可持续发展和良好的生态环境都造成严重影响。

研究背景：

分类分质利用，大规模提高利用率，进一步促进高附加值

目前冶金渣的资源化利用途径：

1、研究较多的是传统建筑材料方面：水泥、混凝土；

2、具有高附加值的新型材料领域：

地质聚合物、无机矿物纤维、微晶玻璃、人造轻骨料、耐火材料、新型墙体材料以及特色功能材料等。

冶金渣地聚合物的制备：

地质聚合物（Geopolymer)：

是以含氧化硅、氧化铝等为主要成分的硅铝质材料为主要原料，经适当的工艺处理及化学反应得到的一类新型的无机非金属聚合物材料。

其本质反应过程就是原材料中硅氧键和铝氧键在碱激发剂作用下断裂后再进行重组的反应过程。 

优越性能：

地聚合物制备的工艺流程：

冶金渣地聚合物关键技术研究

硅锰渣低碳地聚合物：

利用BM-AR的碱活化产物替代水玻璃制备了低碳的SiMnS地质聚合物；

可制成“加水即用”的单组分地聚合物，更绿色环保（降碳）、成本更低（成本为常规方法的1/3）；

工业水玻璃一般利用石英砂及碳酸钠煅烧生产水玻璃，利用活性硅渣在常压碱浸无法得到工业水玻璃，但可得到适配地聚合物生产的激发剂，混合控制，反应速度极快；

免烧结镍铁渣耐火地聚合物：

1200℃煅烧3小时，完好无损。耐火度＞1400℃；

3天强度可达80Mpa，14天后稳定在60Mpa；

可制成非烧结的地聚合物耐火材料，大幅度降低耗能，绿色低碳；

总结：

1、机械活化法能有效提高反应物的活性,使地聚合反应更充分；活化后地聚合物样品结构更加致密,为高性能地聚合物的工程应用提供理论依据。机械活化法是一项清洁、高效、低能耗的强化和制备工艺。

2、利用含活性硅废料——BM-AR成功代替全部硅酸钠溶液生产地质聚合物，减少了其生产过程中碳排放对环境的影响，是一个潜在的生产地质聚合物的可行方案。

3、通过实验研究了不同比例的镍铁渣与聚合物的混合物的力学性能和耐火性能，结果表明，镍铁渣基地聚合物可以作为一种可行的非烧结耐火材料，且具有良好的力学性能和耐火性能。