670 工程科学学报，第42卷.第6期 Komnitsas等61研究了硫酸盐和硝酸盐对镍 Kim等9利用镍铁渣、红泥和金尾矿等治炼 铁渣基地质聚合物中的重金属离子固化行为的影 副产物制备了与玄武岩纤维具有相似物理性能 响.硫酸根离子和硝酸根离子消耗了碱激发剂，阻 的玻璃纤维.该玻璃纤维的形成温度在1466和 碍了地质聚合反应，减少了凝胶的数量，对地质聚 1503K之间，相应温度下的黏度为2.5和3.0dPas, 合物的抗压强度造成不利的影响.P%元素基本不 相比于玄武岩纤维，该制品的纤维形成温度更低 会对生成的地质聚合物的结构完整性造成影响： 尽管实验室下得到的直径较大，但是杨氏模量在 Cu,Cr和Ni会对地质聚合物的抗压强度有不利的 60和80GPa之间.可以通过提高拉拔速度使纤维 影响.作者还通过实验发现如果添加KOH的量增 直径小于10m来获得更高的拉伸强度 加，上述许多不利影响会消失，主要是因为KOH Yino研究了利用镍铁渣制备超细矿物无机 参与地质聚合反应的程度增加， 纤维及其在造纸和保温材料的应用.在镍铁渣的 目前，国内对铁合金渣基地质聚合物用于水 基础上调节CaO含量制得无机纤维，并且添加质 泥及混凝土材料的研究还相对较多，但是对于应 量分数为35%纤维可制成符合国家标准要求的瓦 用于其他方面的研究还非常有限 楞芯纸.通过调节镍铁渣中CaO和Al,O3含量制 Yu等研究了锰渣基的地质聚合物对于核 得无机纤维，在一定活化剂的作用下，进而制得符 燃料C0元素的稳定化作用.作者研究发现：相对 合国家要求的煤矸石纤维保温板， 于高岭土地质聚合物，锰渣基地质聚合物的氧化 刘杰等5研究了通过高速离心吹制技术得到 环境使得2价Co氧化成3价，增强对Co的固化 的镍铁渣纤维对道路沥青性能的影响.镍铁渣纤 能力.改变水玻璃和NaOH的比例会影响地质聚 维对沥青的改性是以物理吸附为主的混合过程， 合物的结构和化学性能，进而会影响对C。元素固 其均匀分散在沥青内部：并且还可以降低沥青的 化的能力.当水玻璃和NaOH的质量比为1.5时， 玻璃态转化温度，使得改性沥青具有良好的热力 地质聚合物对C0元素的固化能力最强：经过7d 学特性，明显改善了沥青的高温、低温以及感温 的浸出实验，约有02%的C0元素从地质聚合物 性能 中释放出来，这远小于高岭土地质聚合物对C0元 唐洋洋5将硅锰渣作为基础矿渣棉原料，通 素的释放量 过实验测定了添加不同比例的碳锰渣调制后的物 He等8I利用硅锰渣制备了环保型CaMoO4导 理参数.实验发现利用质量分数10%~15%的碳 电地质聚合物复合材料，用于降解染料废水.硅锰 锰渣进行调制以后，在1400℃试验温度下，酸度 渣基地质聚合物与(NH4)6Mo7O244HO反应生成 为1.53的熔渣的表面张力为0.592Nm,黏度值 CaMoO4活性相，并且该复合材料的比表面积随 为0.768Pa,符合矿渣棉生产过程中的各项指标. CaMoO4含量的增大而增大.在催化剂用量为0.54g、 Zhao等5]将质量分数10%~30%的铬渣、煤 CaMoO4质量分数为3.78%、染料质量浓度为 和石灰石混合，在冲天炉内对CVI)进行解毒处 5.64mgL的条件下，碱性紫罗兰的降解率接近 理，并用四辊离心机制造矿渣棉纤维.当铬渣和石 100%. 灰石按照质量分数15%的5%的配比混合后得到 具有高活性的铁合金渣用于地质聚合物水泥 最优质矿渣棉纤维，此时渣球质量分数为4.5%，平 及混凝土在建筑材料领域拥有巨大潜力.由于不 均直径为4.8m,酸度系数为1.6.浸出毒性实验 需要高温烧制及水化反应，因此，三维网状结构的 中矿渣棉中的Cr(V)浸出量为0.016mgL,远远 胶凝体与骨料之间结合更加紧密，不存在普通水 小于国家标准.与传统的冲天炉法相比，该方法可 泥的过渡区.但是，胶凝体需要在高pH值下进行 显著降低能耗，并且为铬渣的解毒和大规模利用 热固化，在实际操作中还有不小难度，研发工艺简 提供了一种新的途径. 单且高效的固体活化剂来代替高碱性溶液是很有 无机矿物纤维的制备重点在于黏度和酸度系 必要的 数的匹配，从不同合金渣的主要成分以及可操作 3.22无机矿物纤维 性来说，硅锰渣、高炉镍铁渣和中低碳铬铁渣有相 目前，铁合金渣用于无机矿物纤维的研究主 对合适的酸度，更有利于制备；高碳铬铁渣和电炉 要是生产玻璃纤维和矿物棉.他们既是复合材料 镍铁渣具有高含量的氧化镁和氧化铝，因此熔渣 的增强基材，又可作为电绝缘材料、隔热材料、吸 的黏度不好控制.此外，利用熔渣的显热法制备矿 声材料、光传输材料和功能纤维材料 物纤维将产品制备和熔渣显热回收相结合，具有Komnitsas 等[46] 研究了硫酸盐和硝酸盐对镍 铁渣基地质聚合物中的重金属离子固化行为的影 响. 硫酸根离子和硝酸根离子消耗了碱激发剂，阻 碍了地质聚合反应，减少了凝胶的数量，对地质聚 合物的抗压强度造成不利的影响. Pb 元素基本不 会对生成的地质聚合物的结构完整性造成影响； Cu，Cr 和 Ni 会对地质聚合物的抗压强度有不利的 影响. 作者还通过实验发现如果添加 KOH 的量增 加，上述许多不利影响会消失，主要是因为 KOH 参与地质聚合反应的程度增加. 目前，国内对铁合金渣基地质聚合物用于水 泥及混凝土材料的研究还相对较多，但是对于应 用于其他方面的研究还非常有限. Yu 等[47] 研究了锰渣基的地质聚合物对于核 燃料 Co 元素的稳定化作用. 作者研究发现：相对 于高岭土地质聚合物，锰渣基地质聚合物的氧化 环境使得 2 价 Co 氧化成 3 价，增强对 Co 的固化 能力. 改变水玻璃和 NaOH 的比例会影响地质聚 合物的结构和化学性能，进而会影响对 Co 元素固 化的能力. 当水玻璃和 NaOH 的质量比为 1.5 时， 地质聚合物对 Co 元素的固化能力最强；经过 7 d 的浸出实验，约有 0.2% 的 Co 元素从地质聚合物 中释放出来，这远小于高岭土地质聚合物对 Co 元 素的释放量. He 等[48] 利用硅锰渣制备了环保型 CaMoO4 导 电地质聚合物复合材料，用于降解染料废水. 硅锰 渣基地质聚合物与 (NH4 )6Mo7O24∙4H2O 反应生成 CaMoO4 活性相，并且该复合材料的比表面积随 CaMoO4 含量的增大而增大. 在催化剂用量为 0.54 g、 CaMoO4 质 量 分 数 为 3.78%、 染 料 质 量 浓 度 为 5.64 mg·L−1 的条件下，碱性紫罗兰的降解率接近 100%. 具有高活性的铁合金渣用于地质聚合物水泥 及混凝土在建筑材料领域拥有巨大潜力. 由于不 需要高温烧制及水化反应，因此，三维网状结构的 胶凝体与骨料之间结合更加紧密，不存在普通水 泥的过渡区. 但是，胶凝体需要在高 pH 值下进行 热固化，在实际操作中还有不小难度，研发工艺简 单且高效的固体活化剂来代替高碱性溶液是很有 必要的. 3.2.2    无机矿物纤维 目前，铁合金渣用于无机矿物纤维的研究主 要是生产玻璃纤维和矿物棉. 他们既是复合材料 的增强基材，又可作为电绝缘材料、隔热材料、吸 声材料、光传输材料和功能纤维材料. Kim 等[49] 利用镍铁渣、红泥和金尾矿等冶炼 副产物制备了与玄武岩纤维具有相似物理性能 的玻璃纤维. 该玻璃纤维的形成温度在 1466 和 1503 K 之间，相应温度下的黏度为 2.5 和 3.0 dPa·s， 相比于玄武岩纤维，该制品的纤维形成温度更低. 尽管实验室下得到的直径较大，但是杨氏模量在 60 和 80 GPa 之间. 可以通过提高拉拔速度使纤维 直径小于 10 μm 来获得更高的拉伸强度. Yin[50] 研究了利用镍铁渣制备超细矿物无机 纤维及其在造纸和保温材料的应用. 在镍铁渣的 基础上调节 CaO 含量制得无机纤维，并且添加质 量分数为 35% 纤维可制成符合国家标准要求的瓦 楞芯纸. 通过调节镍铁渣中 CaO 和 Al2O3 含量制 得无机纤维，在一定活化剂的作用下，进而制得符 合国家要求的煤矸石纤维保温板. 刘杰等[51] 研究了通过高速离心吹制技术得到 的镍铁渣纤维对道路沥青性能的影响. 镍铁渣纤 维对沥青的改性是以物理吸附为主的混合过程， 其均匀分散在沥青内部；并且还可以降低沥青的 玻璃态转化温度，使得改性沥青具有良好的热力 学特性，明显改善了沥青的高温、低温以及感温 性能. 唐洋洋[52] 将硅锰渣作为基础矿渣棉原料，通 过实验测定了添加不同比例的碳锰渣调制后的物 理参数. 实验发现利用质量分数 10%～15% 的碳 锰渣进行调制以后，在 1400 ℃ 试验温度下，酸度 为 1.53 的熔渣的表面张力为 0.592 N·m−1，黏度值 为 0.768 Pa，符合矿渣棉生产过程中的各项指标. Zhao 等[53] 将质量分数 10%～30% 的铬渣、煤 和石灰石混合，在冲天炉内对 Cr(VI) 进行解毒处 理，并用四辊离心机制造矿渣棉纤维. 当铬渣和石 灰石按照质量分数 15% 的 5% 的配比混合后得到 最优质矿渣棉纤维，此时渣球质量分数为 4.5%，平 均直径为 4.8 μm，酸度系数为 1.6. 浸出毒性实验 中矿渣棉中的 Cr(VI) 浸出量为 0.016 mg·L−1，远远 小于国家标准. 与传统的冲天炉法相比，该方法可 显著降低能耗，并且为铬渣的解毒和大规模利用 提供了一种新的途径. 无机矿物纤维的制备重点在于黏度和酸度系 数的匹配，从不同合金渣的主要成分以及可操作 性来说，硅锰渣、高炉镍铁渣和中低碳铬铁渣有相 对合适的酸度，更有利于制备；高碳铬铁渣和电炉 镍铁渣具有高含量的氧化镁和氧化铝，因此熔渣 的黏度不好控制. 此外，利用熔渣的显热法制备矿 物纤维将产品制备和熔渣显热回收相结合，具有 · 670 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期