响应面法设计与优化稀土尾矿基地聚物

任博^1,2，赵云良^1,2，钟乐乐^3,4，白皓宇^1,2

1. 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室2. 武汉理工大学资源与环境工程学院3. 稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室4. 四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心

摘 要：稀土提取过程中会产生大量的稀土尾矿,长期堆存会带来严重的环境问题。地聚物是一种新型的硅铝酸盐无机聚合物,因其优异的性能而受到广泛关注。以稀土尾矿为原料,采用响应面法中的中心复合设计对n(Si)︰n(Al)、碱激发剂NaOH溶液浓度和稀土尾矿掺入量3个因素进行了建模,设计和优化了稀土尾矿基地聚物原料配比。通过方差分析对试验数据进行了统计分析,并利用曲面图研究了参数之间的相互作用及对抗压强度的影响规律。结果表明,优化后的因素值为n(Si)︰n(Al)=2.5、NaOH溶液浓度为25 mol/L、稀土尾矿掺入量为38.22%,地聚物试样3 d的抗压强度可达到58.84 MPa。采用XRD、XRF、FTIR、SEM和XPS等分析对原料和地聚物试样进行了表征,发现偏高岭土和硅灰作为铝硅酸盐前驱体,稀土尾矿作为骨料,通过溶解、缩聚重组和固化等地聚合反应过程成功生成稀土尾矿基地聚物。在此过程中,稀土尾矿以凝胶包裹的形式存在,作为骨料起到骨架和填充作用增强了地聚物的抗压强度。

关键词：地聚物;稀土尾矿;响应面法;中心复合设计;抗压强度;