1. 引言

    对矿山尾矿的处置一直是一个世界性的难题。随着人类对矿产资源的不断开采，尾矿排放量与日俱增。尾矿的堆积容易引发地质灾害，造成大气、土壤和地下水污染，甚至引起生态破坏。以低成本安全处置尾矿或使其资源化是人们追求的目标。

    利用尾矿砂等固体废弃物为原料制备矿物聚合材料，旨在取代水泥，减轻区域环境污染、实现矿山尾矿资源化。矿物聚合材料属碱激发胶凝材料，是利用硅酸盐、铝酸盐和铝硅酸盐(工业废渣、矿渣、建筑垃圾、尾矿、高岭石等与碱性硅酸盐溶液在20～120℃的低温条件下成型固化生成的一类“无缝石”。其中的基体相呈非晶态或半晶态，强度较低，但与铝硅酸盐物质形成化学键后即可形成高强材料。产品具有三维网络结构，碱金属离子分布于网络结构之间以平衡电价。聚合作用过程以水为介质，聚合后又将大部分水脱除，包括固体硅酸盐颗粒表面的硅铝组分在碱溶液中溶解、硅铝复杂离子团扩散到粒子之间、溶液中硅酸盐与硅铝复杂离子团形成凝胶相及凝胶排除自由水并固化4个过程。

    2 矿物聚合材料的性能

    (1)强度高、固化速度快。矿物聚合材料的化学组成为铝硅酸盐，其基体相呈非晶质至半晶质相，具有[ＳｉＯ4]和[ＡｌＯ4]四面体随机分布的三维网络结构，碱金属或碱土金属离子分布于网络孔隙之间以平衡电价。由于矿物聚合材料具有类似有机聚合物的链状结构，且能够与矿物颗粒表面的[ＳｉＯ4]和[ＡｌＯ4]四面体通过脱羟基作用形成化学键，因而具有无机化合物和有机化合物的共同特点:(1)材料强度高、硬化快。其摩氏硬度为4～7，抗压强度≥15ＭＰａ，抗折强度≥5ＭＰａ，完全可满足建筑结构材料的要求。采用改进的工艺制备的矿物聚合材料,其抗压强度可达32～60ＭＰａ，具有更为广泛的应用范围。碳纤维增强矿物聚合材料的抗弯强度可达245ＭＰａ，拉伸强度327ＭＰａ，抗剪强度14ＭＰａ，在800℃下，可保持其63%的原始抗弯强度。通常在成型硬化的前4ｈ,矿物聚合材料所获得的强度即可达最终强度的70%，因而类似于快硬水泥，但其物理性能却优于水泥。尤为重要的是，此类材料在用于建筑物后，其强度还会随时间的延长而进一步发展。值得一提的是，矿物聚合材料的成分和矿物组成与古埃及的金字塔的成分极为相似。

    (2)抗冻融性能优异，耐酸碱腐蚀性优良。此类材料具有较高的密实度，抗冻融性远由于普通硅酸盐水泥制品。该材料在有机溶液、碱性溶液和盐水中也很稳定，在浓硫酸中较稳定，在浓盐酸中稳定性差。与普通水泥和钙铝硅酸盐水泥相比，矿物聚合材料在5%的硫酸和盐酸溶液中的分解率最低。与波特兰水泥相比，矿物聚合材料不存在碱骨料反应的问题，因而耐久性能良好。

    (3)渗透率低，可固化有毒废物。矿物聚合材料的渗透率与波特兰水泥接近，可用于固封有毒金属及放射性核废料。尾矿和矿泥形成聚合物后,金属离子的浸出率大大降低。

    (4)低收缩率和低膨胀率。与波特兰水泥相比，矿物聚合材料的收缩率要低得多。

    (5)耐高温和低导热率。矿物聚合材料的耐火度>1000℃,熔融温度达1050～1250℃，导热系数0.24～0.38Ｗ/ｍＫ，与轻质耐火粘土砖相近(0.3～0.4Ｗ/ｍＫ)。所用原料为天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物，因而材料具有良好的防火性能。作为建筑结构材料,可满足防火阻燃的消防要求。

    (6)生产工艺简单，能耗极低。矿物聚合材料的制备工艺过程为:天然铝硅酸盐矿物原料或工业固体废物（粉煤灰、尾矿等）→原料粉体制备→配料(+碱性溶液)→注模或半干压成型→可溶性物相组分溶解→生成凝胶相→凝胶相固化→制品。其生产过程无需普通粘土砖常用的烧制工序，也无需加气混凝土制品的蒸气养护工序，材料的固化温度一般在常温至60℃，依靠各种物料之间的低温化学反应，即可使凝胶相固化，因而其生产能耗极低。

    (7)原料来源广,成本低廉。生产原料包括固体铝硅酸盐、碱激发剂和模板材料。其中固体铝硅酸盐可采用各种硅铝质矿物和工业固体废物，如高岭石、沸石、粉煤灰、水淬炉渣、火山灰、石英砂、尾矿、活性铝土矿和建筑废弃物等。

    3．可行性与建议

    以工业固体废物为主要原料制备的矿物聚合材料，是一种新型绿色建筑结构材料，可作为普通粘土砖和部分水泥制品的更新换代材料。其生产过程符合高效节能和“清洁生产”的环保要求，同时又可大量消耗已堆存的矿山尾矿（制砖时可望占砖体总量的80%）和其它工业固体废物，消除这类固体废物造成的大气浮尘污染源，可显著减轻生产粘土砖和水泥过程因燃煤而造成的温室气体排放、酸雨污染和土地资源浪费。

    成本方面：在生产普通标砖和砌块时，成本与水泥灰砂砖持平，但性能要优越的多；在生产高强、保温、耐侯性强的建材制品时，成本要比其他胶凝材料低得多。