铁基地聚物前驱体、铁基地聚物凝胶材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种铁基地聚物前驱体、铁基地聚物凝胶材料及制备方法，先将废铁渣和废铝灰分解破碎研磨后分别加入水杨酸溶液和柠檬酸溶液中充分活化，再与异丙醇硅酸乙酯的混合液充分混匀，形成Al

【技术实现步骤摘要】
铁基地聚物前驱体、铁基地聚物凝胶材料及制备方法


[0001]本专利技术属于固废资源化利用
，涉及一种地聚物凝胶材料制备技术，尤其涉及一种铁基地聚物前驱体、铁基地聚物凝胶材料及制备方法。

技术介绍

[0002][0003]为了应对废钢铁和废铝灰材料的威胁，关于废弃铁铝材料资源化利用的研究也逐渐增多。最主要利用方式就是回收废弃铁铝材料中的铁和铝作为再生金属材料，但是该种方式仅能消纳一部分的废钢铁和废铝灰，对于废钢铁来说，目前的综合利用仅为50％，仍存在大量的废弃材料被遗弃在堆场内。废铝灰的综合利用也面临着类似的境遇，对于低含铝量的固废材料主要采用填埋这种严重危害环境安全的方式处理，在不同的气候条件下，有毒金属离子会渗入地下水中，而且会产生NH3、CH4、PH4、H2S等有毒恶臭气体，这样既占用大量的土地，又会大量污染环境。如果能够深化拓展这些废弃材料的利用途径，不但可以节约堆场占地，又可以消除固废材料带来的环境污染问题，同时还能变废为宝创造不菲的社会和经济价值。
[0004]现有技术中专利CN113003967A公开了一种铁基地聚合物凝胶及其制备方法和应用，该专利通过加入可溶性铁盐，能够使铁离子部分取代C
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A
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S
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H铝框架中的铝离子，形成C
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A
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F
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S
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H铁基地聚合物凝胶，通过向建筑胶凝材料中添加C
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A
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F
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S
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H铁基地聚合物凝胶，能够加快建筑胶凝材料在水化初期的溶解与聚合过程，继而缩短浆体的初终凝时间以及提升水化初期的反应程度，浆体变得更为致密，抗压抗折强度等得到提升。但是其所制备的铁基地聚合物凝胶材料根据《碱激发材料》(2019年1月1日中国建材工业出版社出版的图书，作者是John L.Provis[英]Jannie S.J.van Deventer[澳])一书及其他专著中对地聚物概念的描述应称作铁基碱激发材料，不属于地聚合物范围，为了形成主要凝胶相的凝胶，地聚合物的反应组分允许的钙离子含量通常很低，以形成类沸石网络结构而不是链状的水化硅酸钙。该专利技术中大量使用了氢氧化钙作为碱激发剂，属高钙碱激发凝胶材料体系范围。通常认为低钙(无钙)碱激发凝胶才可称作地聚合物，大量引入钙离子所生成的水化硅酸钙会影响地聚物的强度发展。另外，虽然该专利利用了铁过渡金属的特性，但是其技术所制备的凝胶材料，仅作为建筑凝胶材料掺杂料使用，参杂量为1～2wt％，并不是作为主材使用，即其应用凝胶所产生高强度的原因，并不是由于该专利技术所制备的凝胶材料所产生的，而是主要依靠其原本使用的水泥、矿渣、偏高岭土等主材。这一点可以从该专利技术中测试例的结果表4中得到应证，未参杂其专利技术的含铁碱激发凝胶在28d时已具有124MPa的抗压强度，而提升最大的1wt％掺量的凝胶最大也仅有133MPa，仅提升了7.3％，提升幅度有限，所以并不能反映其所制备的含铁碱激发凝胶具有较好的性能，同时由于其较低的掺量，也极大限制了铁在地聚物中的应用。
[0005]现有技术中专利CN108658563A公开了一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土及其制备方法，矿渣基地聚合物防辐射混凝土，包括以下组分及其重量分：液态水玻璃2～10份、苛
性钠粉末1～5份、S105级粒化高炉矿渣粉10～20份、铁矿砂10～20份、铁矿石40～60份、高铝水泥1～5份、石膏粉末1～5份、硼：0.1～0.5份、水：1～5份；其具有较好的固封能力、耐久性好、固化体浸出率低、减容比大，且节能环保的特性。本专利技术还公开了一种实施容易、快捷，且节能环保的矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法。同上述专利CN113003967A一样，专利CN108658563A中所使用的高炉矿渣粉通常含有较高的CaO组分，其合成的凝胶材料并不应该称作地聚合物，而应属于高钙碱激发凝胶材料。该专利技术所称防辐射能力主要是因为凝胶中封存有硼砂，硼砂具有降低辐射能力应属于行业内的普遍共识，并没有突破性的创新。另外根据该专利技术的说明，铁矿石和铁矿砂仅作为重质骨料增加混凝土的表观密度，并没参与碱激发反应，其作用与混凝土中砂石类似，没有形成凝胶结构的一部分。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的之一针对目前废钢铁和废铝灰利用率不足，且溶出离子存在污染环境的问题提出了一种利用废钢铁和废铝灰制备铁基地聚物前驱体的方法，采用铁基地聚物前驱体配合碱激发剂能够得到强度高的低聚物，利用这样即实现了固废材料的资源化利用，也可以达到保护环境的目的，实现社会经济效益。
[0007]本专利技术的另一目的是采用上述铁基地聚物前驱体制备铁基地聚物凝胶材料的方法，在铁基地聚物前驱体粉末中加入碱激发剂，充分搅拌混合，得到粘稠的铁基地聚物凝胶浆体，并倒入模具中密封养护，脱模后即得铁基地聚物凝胶材料。本专利技术无需传统水泥中的钙基胶凝材料，即可得到高强度的建筑材料，碳排放含量减少了约80％，能够广泛应用建设行业的各种场景内。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下计数方案：
[0009]一方面，本专利技术提供一种基于废钢铁和废铝灰的铁基地聚物凝胶材料，包括如下质量组分：
[0010]废铝灰40～60份
[0011]废钢铁10～30份
[0012]硅酸乙酯60～90份
[0013]碱激发剂8～10份
[0014]优选的，所述铝灰为铝工业生产中所产生的含铝废弃物。
[0015]优选的，所述废钢铁主要来源为自产废钢、加工废钢、折旧废钢、进口废钢。
[0016]优选的，硅酸乙酯为普通工业生产的硅酸四乙酯。
[0017]优选的，所述碱激发剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐中的一种或几种。
[0018]碱金属氢氧化物包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化钫等；碱金属碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢二钠、碳酸氢钾、碳酸氢二钾等；碱金属硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、硅酸铷、硅酸铯、硅酸钫等。
[0019]另一方面，本专利技术提供一种铁基地聚物前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0020](1)将废钢铁和铝灰分别进行破碎、研磨，得到废铁粉和废铝灰粉；
[0021](2)采用有机酸将废铁粉、废铝灰粉分别溶解，得到废铁有机酸溶液和废铝有机酸溶液，混合得到铁
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铝混合溶液；
[0022](3)将硅酸乙酯溶解在水溶性有机溶剂中，得到硅酸乙酯溶液；
[0023](4)将步骤(1)得到的铁
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铝混合溶液和步骤(2)中所得硅酸乙酯溶液混合并搅拌均匀，得到Al
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Fe
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Si混合体系；
[0024](5)将Al
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Fe
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Si混合体系通过水浴加热进行凝胶反应，得到凝胶体系，将凝胶体系烘干至恒重；
[0025](6)将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于废钢铁和废铝灰的铁基地聚物凝胶材料，其特征在于，包括以下质量组分：废铝灰40～60份废钢铁10～30份硅酸乙酯60～90份碱激发剂8～10份。2.根据权利要求1所述的一种铁基地聚物凝胶材料，其特征在于，所述废铝灰为铝工业生产中所产生的含铝废弃物。3.根据权利要求1所述的一种铁基地聚物凝胶材料，其特征在于，所述废钢铁主要来源为自产废钢、加工废钢、折旧废钢、进口废钢。4.根据权利要求1所述的一种铁基地聚物凝胶材料，其特征在于，硅酸乙酯为工业级硅酸四乙酯。5.根据权利要求1所述的一种铁基地聚物凝胶材料，其特征在于，所述碱激发剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硅酸盐中的一种或几种。6.一种铁基地聚物前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将废钢铁和铝灰分别进行破碎、研磨，得到废铁粉和废铝灰粉；(2)采用有机酸将废铁粉、废铝灰粉分别溶解，溶解后混合得到铁
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铝混合溶液；(3)将硅酸乙酯溶解在水溶性有机溶剂中，得到硅酸乙酯溶液；(4)将步骤(1)得到的铁
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铝混合溶液和步骤(2)中所得硅酸乙酯溶液混合并搅拌均匀，得到Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴限，方正，康丹，张文博，柳承徽，周显，孟柯，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：