矿物聚合材料_研究现状与发展前景矿物聚合材料_研究现状与发展前景.pdfVIP

第 9 卷第 4 期 ( ) Vol. 9 No. 4 地学前缘 中国地质大学 ,北京 2002 年 10 月 Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijin g) Oct . 2002 矿物聚合材料 :研究现状与发展前景 马鸿文 , 　杨 　静 , 　任玉峰 , 　凌发科 ( 中国地质大学 矿物材料国家专业实验室,北京 100083) 摘 　要 :矿物聚合材料是以铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料 , 以高岭石作配料,硅酸钠作结 构模板剂 ,氢氧化钠作激活剂而制成的一类新型无机非金属材料。其形成过程为 :铝硅酸盐固体组分 的溶解络合、分散迁移、浓缩聚合和脱水硬化。由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相 ,其化学组成与沸石 相近 ,微结构极可能与蛋白石类似 ,物理形态上呈三维网络结构 ,将未溶解的固体颗粒胶结为坚硬块 体 ,是材料获得良好力学性能和化学稳定性的结构基础。矿物聚合材料的性能主要受配料组成和聚 合反应的动力学过程所控制 ,其抗压强度随固化时间的延长而呈抛物线式发展。系统研究配料组成 和固化条件对铝硅酸盐聚合反应的影响 ,建立表征矿物聚合材料组成 结构 性能的物理模型 ,是对其 进行结构 性能设计的理论基础 ,也是利用铝硅酸盐聚合反应实现工业固体废物资源化的技术关键。 关键词 :矿物聚合材料 ;工业固体废物 ;铝硅酸盐 ;地质聚合反应 中图分类号:P578. 94 ; P579 ; X705 　文献标识码 :A 　文章编号 : 1005 2321 (2002) 04 0397 11 　　Geopolymer 是近年来新发展起来的一类新型 KOH ,与其它组分发生反应 ,生成矿物聚合粘结剂 无机非金属材料 , 即含有多种非晶质至半晶质相的 而制成人造石。 三维铝硅酸盐矿物聚合物 ,其英文同义词还有 min 20 世纪 30 年代末 , Purdon 研究了硅铝矿物和 eral polymer , geopolymeric materials , aluminosilicate 玻璃与 NaOH 溶液的反应 ,提出了碱激发铝硅酸盐 polymer ,inorganic polymeric materials 等。这类材料 粘结剂的硬化机理[4 ] , 即硅铝组分溶解于 NaOH 溶 多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原 液中 , 然后沉淀出水化硅酸钙和铝酸钙 , 再产生 料 ,与高岭石粘土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后 , NaOH , 使反应不断进行。70 年代 ,Davidovits 等通 在 20～120 ℃的低温条件下成型硬化 ,是一类由铝 过对古建筑的研究发现 ,其所用胶凝材料的耐久性、 硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料[1 ,2 ] 。《英 抗酸性和抗融冻能力极强 ,其中不仅含有波特兰水 ( ) 泥所具有的 C S H 凝胶组分 ,而且含大量的沸石 汉地质辞典》1983 中将geopolymer 一词译为“地质 有机聚合物”,显然与其原意相悖。笔者建议按其同 相[3 ] 。80 年代 ,Malone 等的研究发现 ,碱激发炉渣 义词 mineral polymer 译为“矿物聚合材料”。 水泥的硬化机理为 :碱金属、碱土金属离子进入溶 液 ,在炉渣颗粒表面形成胶状硅酸钠层 ;铝氧化物直 1 　研究历史 接溶解于硅酸钠中 ,形成半晶态托贝莫来石 ;水化铝 酸钙生成并排出水分 ,最后形成不同组成