CN110079039B - 一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法，属于固体废弃物的综合利用领域。该复合材料为矿物/有机物吸水保水复合材料，其中，矿物为铁尾矿、或铁尾矿和粉煤灰的混合物；有机物为聚丙烯酸铵和丙烯酰胺共聚体。其制备方法为：按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝(1～6)：(0～1)，将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，进行预处理，得到矿物填料；在室温下，用碳酸氢铵和丙烯酸制备丙烯酸铵反应溶液；向丙烯酸铵反应溶液中，加入矿物填料、丙烯酰胺和交联剂，搅拌混合分散，加入引发剂，成胶、干燥，得到复合材料。该方法具有操作简单、有机物用量小，成本低、工艺适用性强等优点。

Description

一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物的综合利用技术领域，具体为一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法。
背景技术
铁尾矿是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的废渣，是我国储量最大的工业固体废弃物之一。铁尾矿的排放不仅占用大量土地，对周边环境造成严重污染，而且溃坝还会直接危害人民的生命和财产安全。目前，针对铁尾矿的利用研究主要集中在生产水泥、玻璃制品、建筑材料、充填矿山采空区、土壤改良剂及微量元素肥料、复垦植被等方面，综合利用率不到10％，与国外相比综合利用水平偏低，围绕铁尾矿综合利用的重大关键技术和装备还亟待开发，尾矿大宗量、高附加值利用技术尚未成熟。
无机/有机吸水保水材料因其优异吸水保水性能，在工业、农业、食品、建筑、日用化工等领域具有广泛的应用，尤其是在沙漠改造、防风固沙、水土保持、抗旱保苗、增产增收等农林业方面。无机/有机吸水保水材料是采用无机机体与有机机体复合制备，而有机机体通过与无机矿物复合不仅可以显著地降低吸水材料的生产成本，而且能有效地发挥矿物作为功能填料的作用，改善该复合材料的综合性能。目前，国内外对于矿物/有机吸水保水复合材料的研究的较少，研究正刚刚起步并在逐步深入。矿物添加物主要以各种粘土矿物为主，如高岭土、膨润土、绢云母、坡缕石、硅藻土、沉积微晶白云母、累脱石等，这种粘土矿物作为无机机体时，存在矿物添加量少、改性剂和有机物用量大、成本高，采用氢氧化钠溶液制备反应溶液需要冰浴、条件苛刻、不利于后期工业化等缺点。
发明内容
针对铁尾矿未能大宗利用的现状，本发明的目的是提供一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法，为铁尾矿的综合利用提供新的途径，同时制备以铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料具有操作简单、有机物用量小，成本低、工艺适用性强等优点。
本发明采用以下技术方案实现：
本发明的一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，进行预处理，得到矿物填料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝(1～6)：(0～1)；
步骤2：配制反应溶液
采用碳酸氢铵作为中和剂，配置反应溶液，具体操作为：
在10～30℃的室温条件下，向质量浓度为30％～60％的碳酸氢铵溶液中，边搅拌边滴加丙烯酸，得到丙烯酸铵反应溶液；其中，丙烯酸铵反应溶液的中和度为50～100％；
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中，加入矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合液；其中，质量比，反应溶液的原料丙烯酸：矿物填料：丙烯酰胺：交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺＝100：(100～200)：(10～50)：(1～6)；
将混合液进行超声分散均匀，得到分散液；
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，在25～80℃进行成胶反应，得到凝胶状产物；其中，质量比，反应溶液的原料丙烯酸：引发剂过硫酸钾＝100：(0.5～8)；
步骤4：干燥
将凝胶状产物，置于干燥箱中，充分烘干，得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料。
所述的步骤1中，所述的预处理根据原料不同，分为如下预处理方法：
第一种：当无机原料为铁尾矿时，矿物填料的预处理方法为以下方法(1)、方法(2)、方法(3)、方法(4)中的一种：
方法(1)：干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉，作为矿物填料；
方法(2)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，置于马弗炉中，在100℃～500℃焙烧0.5h～3h，得到焙烧产物，作为矿物填料；
方法(3)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h～2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到浸出产物，作为矿物填料；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2％～15％的强碱水溶液；
方法(4)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，置于马弗炉中，在100℃～500℃焙烧0.5h～3h，得到焙烧物料；
焙烧物料冷却后，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h～2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到矿粉，作为矿物填料；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2％～15％的强碱水溶液；
第二种：当无机原料为铁尾矿和粉煤灰的混合物时，矿物填料的预处理方法为方法I、方法II中的一种：
方法I：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，置于马弗炉中，在100℃～500℃焙烧0.5h～3h，得到焙烧物料，作为矿物填料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝(1～6)：(0～1)；
方法II：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，置于马弗炉中，在100℃～500℃焙烧0.5h～3h，得到焙烧物料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝(1～6)：(0～1)；
焙烧物料冷却后，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h～2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到混合矿粉；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2％～15％的强碱水溶液。
所述的步骤1中，铁尾矿中，主要包含的化学成分及各个成分的质量百分数为：SiO2：28％～75％，Fe2O3：10％～40％，CaO：2％～30％；Al2O3：2％～15％；MgO：2％～20％，余量为其他金属氧化物成分，其中，每种金属氧化物成分的质量百分数<2％。
所述的步骤1中，粉煤灰中，主要包含的化学成分及各个成分的质量百分数为：SiO2：20％～60％，Fe2O3：1％～35％，CaO：1％～15％；Al2O3：5％～40％，余量为其他金属氧化物成分，其中，每种金属氧化物成分的质量百分数<2％。
所述的步骤1中，所述的焙烧，其目的为对铁尾矿初步改性，使其表面的活性点增多，产生更多的结构残缺，也可除去粉煤灰中的具有疏水性的碳粉。
所述的步骤1中，滤液回收，调节浓度，重新作为浸出预处理溶液，对焙烧物料进行浸出预处理，重复利用。
所述的步骤1中，所述的强碱水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的一种或两种。
所述的步骤2中，所述的滴加，滴加速率为1～2g/min。
所述的步骤2中，丙烯酸的用量、以及质量浓度为为30％～60％的碳酸氢铵溶液的用量，根据制备的丙烯酸铵反应溶液的中和度，以及反应化学计量比确定。
所述的步骤3中，所述的搅拌，搅拌速率为200r/min～500r/min。
所述的步骤3中，所述的搅拌，优选为机械搅拌。
所述的步骤4中，所述的烘干，烘干温度为70～100℃，烘干时间为8～16h。
本发明的一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用上述制备方法制得。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，为矿物/有机吸水保水复合材料，其中，矿物为铁尾矿、或铁尾矿和粉煤灰的混合物；有机物为聚丙烯酸铵和丙烯酰胺共聚体。
作为优选，当矿物为铁尾矿和粉煤灰的混合物时，按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝(1～6)：1。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其吸水性和耐盐性采用自然过滤法测定，其保水性能采用高温保水法测定。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其吸水性能是铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料在去离子水中的吸收能力，即能够吸收去离子水质量和铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料质量的质量百分比。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其耐盐性能是复合材料在盐水(质量浓度为0.5％～0.9％的氯化钠水溶液)中的吸收能力，即能够吸收的盐水质量和铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料质量的质量百分比。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料中，矿物为铁尾矿的吸水保水复合材料中，其吸水性为在去离子水中的吸收能力>200％，其耐盐性为在盐水中的吸收能力>120％，其保水性能为6h内保水性能>80％。
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料中，矿物为铁尾矿和粉煤灰的吸水保水复合材料中，其吸水性为在去离子水中的吸收能力>3600％，其耐盐性为在盐水中的吸收能力>1200％。其保水性能为6h内保水性能>80％。
本发明的一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法，其具有以下优势：
(1)本发明所用原料铁尾矿和粉煤灰均为工业固体废弃物，实现了对固废的综合利用，符合保护环境和循环利用资源的现实需要。
(2)本发明可适用于不同类型和不同化学组成的铁尾矿与粉煤灰，对原料适应性强。
(3)本发明采用简单水溶液聚合法制备吸水保水复合材料，操作过程简单，操作条件容易达到，反应时间短，节约能源，不产生废弃物，成本较低，适合大规模生产。
(4)本发明所制得的保水材料强度大，吸水、保水性能良好，耐盐性好，在农业、防风固沙方面具有广阔的应用前景。
(5)本发明的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其采用的有机机体丙烯酸铵，其制备条件在室温条件下，更节省能源，利于工业推广。
(6)本发明中，利用的铁尾矿，二氧化硅的含量为28％-75％的范围内，调整范围宽，不同地域得到的铁尾矿均能满足要求，其平均粒度为4-12mm，其矿物组成中的二氧化硅为硅氧四面体结构，能够为高分子吸水树脂提供稳定的支架，以其制备的吸水保水复合材料的吸水性为在去离子水中的吸收能力>200％。
(7)本发明中，无机矿物采用铁尾矿和粉煤灰复合后，其制备的吸水保水复合材料吸水性为在去离子水中的吸收能力>3600％，这是因为一方面，粉煤灰本身具有一定的吸水能力，其吸收水分除靠颗粒之间的毛细管孔隙外，还可在颗粒球体的洞穴和蜂窝状孔隙内蓄水；另一方面，粉煤灰的添加增加了复合材料的孔隙度。
附图说明
图1为本发明中以铁尾矿为矿物填料的原料时，铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备工艺流程图。
图2为本发明中以铁尾矿和粉煤灰为矿物填料的原料时，铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，除非特殊说明，所述的浓度为质量浓度，所述的溶液为该物质的水溶液。
以下实施例中，以铁尾矿为矿物填料的原料时，铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备工艺流程图见图1。
以下实施例中，以铁尾矿和粉煤灰为矿物填料的原料时，铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备工艺流程图见图2。
实施例1
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
(1)将铁尾矿干燥、球磨、过120目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将粉煤灰干燥后，备用。
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：34.29％，Fe2O3：17.29％，CaO：20.08％；Al2O3：9.37％；MgO：10.14％；还含有K2O为1.3％、SO3为1.87％、Na2O为0.97％、P2O5为0.53％、TiO2为0.41％、MnO为0.35％，余量为其他金属氧化物成分。
粉煤灰的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：49.8％，Fe2O3：6.28％，CaO：4.55％；Al2O3：33.92％；还含有TiO2为0.41％、K2O为1.3％、Na2O为1％、MgO为0.5％，余量为其他金属氧化物成分。
(2)将铁尾矿细粉与粉煤灰按照质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝2:1，混合均匀，置于马弗炉中，在300℃的条件下焙烧2h，得到焙烧物料；
(3)冷却后的焙烧物料，采用浓度为5％的氢氧化钠溶液浸出1.5h，过滤、滤渣干燥得到矿物填料，滤液，回收氢氧化钠溶液，调整浓度，返回再次用于矿粉的浸出预处理。
步骤2：配制反应溶液
室温搅拌条件下，向浓度为50％的碳酸氢铵溶液中，以1g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为90％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为10g、丙烯酰胺的添加量为4g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.15g，在机械搅拌350r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散1h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.45g，然后在65℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于80℃干燥12h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为4580％，耐盐性能为1252％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为88％。
实施例2
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
(1)将铁尾矿干燥、球磨、过80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：49.8％，Fe2O3：25.5％，CaO：7.44％；Al2O3：7.02％；MgO：4.66％；还含有Na2O为0.4％、K2O为0.5％、SO3为0.35％、P2O5为0.3％、TiO2为0.1％、MnO为0.1％，余量为其他金属氧化物成分。
(2)将铁尾矿细粉置于马弗炉中，在350℃的条件下焙烧2h，得到焙烧物料；
(3)冷却后的焙烧物料，采用浓度为7.5％的氢氧化钠溶液浸出1h，过滤、滤渣干燥得到矿物填料，滤液，回收氢氧化钠溶液，调整浓度，返回再次用于矿粉的浸出预处理。
步骤2：配制反应溶液
室温搅拌条件下，向浓度为40％的碳酸氢铵溶液中，以2g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为80％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为12g、丙烯酰胺的添加量为4g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.35g，在机械搅拌400r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散1h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.6g，然后在70℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于80℃干燥12h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料产品。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为283％，耐盐性能为178％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为88％。
实施例3
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
将铁尾矿干燥、球磨、过100目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：34.29％，Fe2O3：17.29％，CaO：20.08％；Al2O3：9.37％；MgO：10.14％；还含有K2O为1.3％、SO3为1.87％、Na2O为0.97％、P2O5为0.53％、TiO2为0.41％、MnO为0.35％，余量为其他金属氧化物成分。
(2)将铁尾矿细粉，采用浓度为5％的氢氧化钠和浓度为5％的氢氧化钾混合溶液浸出2h，过滤、滤渣干燥，得到矿物填料，滤液，回收氢氧化钠溶液，调整浓度，返回再次用于矿粉的浸出预处理；其中，按体积比，浓度为5％的氢氧化钠：浓度为5％的氢氧化钾＝1:1。
步骤2：配制反应溶液
室温搅拌条件下，向浓度为50％的碳酸氢铵溶液中，以1g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为90％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为15g、丙烯酰胺的添加量为3g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.35g，在机械搅拌350r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散1h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.35g，然后在65℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于80℃干燥12h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料产品。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为252％，耐盐性能为145％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为85％。
实施例4
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
(1)将铁尾矿干燥、球磨、过80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：49.8％，Fe2O3：25.5％，CaO：7.44％；Al2O3：7.02％；MgO：4.66％；还含有Na2O为0.4％、K2O为0.5％、SO3为0.35％、P2O5为0.3％、TiO2为0.1％、MnO为0.1％，余量为其他金属氧化物成分。
(2)将铁尾矿细粉置于马弗炉中，在100℃的条件下焙烧3h，得到焙烧后的矿物填料；
步骤2：配制反应溶液
30℃下，搅拌，向浓度为30％的碳酸氢铵溶液中，以2g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为100％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为10g、丙烯酰胺的添加量为3g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.5g，在机械搅拌200r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散0.5h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.65g，然后在70℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于80℃干燥12h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料产品。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为265％，耐盐性能为158％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为87％。
实施例5
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
(1)将铁尾矿干燥、球磨、过120目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将粉煤灰干燥后，备用。
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：34.29％，Fe2O3：17.29％，CaO：20.08％；Al2O3：9.37％；MgO：10.14％；还含有K2O为1.3％、SO3为1.87％、Na2O为0.97％、P2O5为0.53％、TiO2为0.41％、MnO为0.35％，余量为其他金属氧化物成分。
粉煤灰的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：53.64％，Fe2O3：5.56％，CaO：7.26％；Al2O3：24.74％；还含有TiO2为1.33％、K2O为2.81％、Na2O为1.42％、MgO为1.51％，余量为其他金属氧化物成分。
(2)将铁尾矿细粉与粉煤灰按照质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰＝6:1，混合均匀，置于马弗炉中，在300℃的条件下焙烧2h，得到焙烧物料，作为矿物填料；
步骤2：配制反应溶液
室温搅拌条件下，向浓度为50％的碳酸氢铵溶液中，以1g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为90％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为20g、丙烯酰胺的添加量为5g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.6g，在机械搅拌350r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散1h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.7g，然后在80℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于100℃干燥8h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为4438％，耐盐性能为1165％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为87％。
实施例6
一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：预处理
(1)将铁尾矿干燥、球磨、过80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉，作为矿物填料；
其中，铁尾矿的主要化学组成及各个成分的质量百分比为：SiO2：55.4％，Fe2O3：25.5％，CaO：7.44％；Al2O3：7.02％；MgO：4.66％；还含有Na2O为0.4％、K2O为0.5％、SO3为0.35％、P2O5为0.3％、TiO2为0.1％、MnO为0.1％，余量为其他金属氧化物成分。
步骤2：配制反应溶液
20℃下，搅拌，向浓度为60％的碳酸氢铵溶液中，以2g/min的速度滴加10g丙烯酸，制备中和度为80％的丙烯酸铵反应溶液。
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中添加矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，其中，矿物填料的添加量为10g、丙烯酰胺的添加量为3g、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的添加量为0.5g，在机械搅拌500r/min的条件下混合均匀，得到混合液，然后置于超声波细胞破碎仪中，超声分散1h，得到分散液。
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，添加量为0.15g，然后在70℃的水浴条件下，加热反应成胶，得到凝胶状产物。
步骤4：干燥
将制备的凝胶状产物，剪切为小块后，放入干燥箱中于80℃干燥12h完全脱水后，破碎得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料产品。
对本实施例制备的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，采用自然过滤法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的吸水性能为240％，耐盐性能为136％。采用高温保水法测得铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料6小时保水率为86％。

Claims (9)

1.一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：预处理
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，进行预处理，得到矿物填料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰=(1~6)：(0~1)；
步骤2：配制反应溶液
采用碳酸氢铵作为中和剂，配置反应溶液，具体操作为：
在10~30℃的室温条件下，向质量浓度为30%～60%的碳酸氢铵溶液中，边搅拌边滴加丙烯酸，得到丙烯酸铵反应溶液；其中，丙烯酸铵反应溶液的中和度为50~100%；
步骤3：成胶
向丙烯酸铵反应溶液中，加入矿物填料、丙烯酰胺和交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合液；其中，质量比，反应溶液的原料丙烯酸：矿物填料：丙烯酰胺：交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺=100：(100~200)：(10~50)：(1~6)；
将混合液进行超声分散均匀，得到分散液；
向分散液中加入引发剂过硫酸钾，在25~80℃进行成胶反应，得到凝胶状产物；其中，质量比，反应溶液的原料丙烯酸：引发剂过硫酸钾=100：(0.5~8)；
步骤4：干燥
将凝胶状产物，置于干燥箱中，充分烘干，得到铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料。
2.如权利要求1所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的预处理根据原料不同，分为如下预处理方法：
第一种：当无机原料为铁尾矿时，矿物填料的预处理方法为以下方法(1)、方法(2)、方法(3)、方法(4)中的一种：
方法(1)：干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉，作为矿物填料；
方法(2)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，置于马弗炉中，在100℃~500℃焙烧0.5h~3h，得到焙烧产物，作为矿物填料；
方法(3)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h~2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到浸出产物，作为矿物填料；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2%~15%的强碱水溶液；
方法(4)：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉，置于马弗炉中，在100℃~500℃焙烧0.5h~3h，得到焙烧物料；
焙烧物料冷却后，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h~2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到矿粉，作为矿物填料；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2%~15%的强碱水溶液；
第二种：当无机原料为铁尾矿和粉煤灰的混合物时，矿物填料的预处理方法为方法I、方法II中的一种：
方法I：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，置于马弗炉中，在100℃~500℃焙烧0.5h~3h，得到焙烧物料，作为矿物填料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰=(1~6)：(0~1)；
方法II：将干燥后的铁尾矿进行球磨，过≥80目筛，取筛下物，得到铁尾矿细粉；
将铁尾矿细粉和粉煤灰混合均匀，置于马弗炉中，在100℃~500℃焙烧0.5h~3h，得到焙烧物料；按质量比，铁尾矿细粉：粉煤灰=(1~6)：(0~1)；
焙烧物料冷却后，浸没在浸出预处理溶液中，浸出0.5h~2h，过滤，得到滤渣和滤液，滤渣干燥，得到混合矿粉；其中，浸出预处理溶液为质量浓度为2%~15%的强碱水溶液。
3.如权利要求1所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，铁尾矿中，主要包含的化学成分及各个成分的质量百分数为：SiO2：28％～75％，Fe2O3：10％～40％，CaO：2％～30％；Al2O3：2％～15％；MgO：2％～20％，余量为其他金属氧化物成分，其中，每种金属氧化物成分的质量百分数<2%；
所述的粉煤灰中，主要包含的化学成分及各个成分的质量百分数为：SiO2：20％～60％，Fe2O3：1％～35％，CaO：1％～15％；Al2O3：5％～40％，余量为其他金属氧化物成分，其中，每种金属氧化物成分的质量百分数<2%。
4.如权利要求2所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，滤液回收，调节浓度，重新作为浸出预处理溶液，对焙烧物料进行浸出预处理，重复利用；所述的强碱水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的滴加，滴加速率为1～2 g/min；其中，丙烯酸的用量、以及质量浓度为30%～60%的碳酸氢铵溶液的用量，根据制备的丙烯酸铵反应溶液的中和度，以及反应化学计量比确定。
6.如权利要求1所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的搅拌，搅拌速率为200r/min~500r/min。
7.如权利要求1所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的烘干，烘干温度为70~100℃，烘干时间为8~16h。
8.一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其特征在于，采用权利要求1~7任意一项所述的制备方法制得。
9.如权利要求8所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料，其特征在于，所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料中，矿物为铁尾矿的吸水保水复合材料中，其吸水性为在去离子水中的吸收能力>200%，其耐盐性为在盐水中的吸收能力>120%，其保水性能为6h内保水性能>80%；
所述的铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料中，矿物为铁尾矿和粉煤灰的吸水保水复合材料中，其吸水性为在去离子水中的吸收能力>3600%，其耐盐性为在盐水中的吸收能力>1200%，其保水性能为6h内保水性能>80%。
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