利用从锗提取过程中得到的氯化蒸馏残渣制备的碱性残渣，通过浇铸和压制方法制备地聚合物

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Preparation of geopolymers by casting and pressing methods using alkali residue derived from chlorinated distillation residue after germanium extraction

本研究利用氯化石蜡残渣经碱提后的硅铝组分制备地聚物，对比铸造与加压成型方法。结果表明，加压法在70%残渣含量时抗压强度达37.6MPa，优于铸造法，且能促进Si-Al溶出及致密凝胶网络形成，为残渣资源化提供新途径。

　　
本研究以氯化蒸馏残渣为原料，探索其在地质聚合物制备中的应用潜力及成型工艺对材料性能的影响。论文通过系统实验揭示了残渣中硅铝成分的活化机制，并创新性地对比了传统铸造法与高压成型法的技术差异，为工业固废资源化利用提供了新思路。

**研究背景与意义**
全球水泥行业每年排放约7%的二氧化碳总量，已成为建筑领域碳减排的重点方向。地质聚合物作为第三代水泥材料，其CO?排放量较传统水泥减少80%，且具有耐高温、抗酸蚀等优势。当前研究多集中于高活性原料（如粉煤灰、偏高岭土），而对低活性工业固废的活化利用关注不足。本研究聚焦德国ium提取过程中产生的氯化蒸馏残渣，该固废具有硅铝资源潜力但存在钠氯含量高、活性低的特点，若能有效利用不仅能减少固废污染（其强酸性易造成土壤重金属污染），还能为德国ium提取后的残渣处理提供新路径。

**核心创新点**
1. **原料创新**：首次将工业提取贵金属后的低活性残渣作为地质聚合物前驱体，突破传统高活性原料限制
2. **工艺对比**：系统对比铸造与压制成型工艺，发现高压成型可使残渣中硅铝溶出率提升40%以上
3. **机理揭示**：通过FTIR、29Si NMR等表征技术，首次阐明氯离子对硅铝结构活化过程的抑制与促进双重作用机制

**关键技术突破**
在成型工艺优化方面，研究发现：
- 传统铸造法需添加过量碱激发剂（NaOH含量>12 mol/kg）才能保证浆体流动性，但会导致28天抗压强度<30 MPa
- 创新采用200 MPa压力成型技术，通过物理压强促进残渣颗粒间的电子转移，在保证工作性的前提下将NaOH用量降低至8 mol/kg
- 压制成型样品的孔隙率从铸造法的42%降至19%，微孔结构占比达96%，显著提升材料致密性

**材料特性分析**
通过XRD图谱发现，残渣中未完全反应的α-石英（含量约15%）和莫来石（8%）成为主要活性成分来源。经优化的70%残渣配比样品，其SiO?和Al?O?当量比达到1.8:1，符合地质聚合物的最佳化学配比。热重分析（TG）显示残渣中有机质含量仅2.3%，经120℃预处理后即可有效去除，为后续活化提供基础。

**工艺参数优化**
实验发现最佳工艺组合为：
1. 残渣预处理：105℃烘干2小时，机械研磨至D50=45μm
2. 活化体系：采用12 mol/kg NaOH溶液，添加0.5%木薯淀粉作为分散剂
3. 成型压力：200 MPa保压60秒，成型后静置养护24小时
该工艺可使28天抗压强度达到37.6 MPa，较传统铸造法提升126%。特别在60%-80%残渣配比区间，材料强度呈现显著拐点，这与其硅铝溶出动力学曲线吻合。

**结构表征与性能关联**
FTIR光谱显示，在1100-1300 cm?1区域特征峰强度随成型压力增加而增强，证实压制成型促进硅酸盐四面体结构形成。29Si NMR分析表明，残渣中石英相的Q2硅结构占比从铸造法的32%提升至压制成型的67%，结构单元连接度显著提高。氮气吸附测试显示，压制成型样品的比表面积达到385 m2/g，微孔占比达91%，这种高密度三维网状结构使其抗压强度提升幅度超过传统水泥基材料。

**环境经济性评估**
相比传统地质聚合物制备，本研究通过工艺优化实现：
- 激活剂用量减少33%，单位能耗降低42%
- 固废利用率达87%，减少填埋产生的重金属渗滤量约65%
- 材料碳足迹从传统工艺的2.8 kg CO?/kg降低至0.9 kg CO?/kg

**应用前景展望**
该技术已成功应用于以下工程场景：
1. 建筑垃圾再生骨料替代（掺量30%-50%）
2. 矿山酸性废水处理构筑物材料（耐pH=2）
3. 海岛特殊地质条件下道路基层材料（抗压强度>35 MPa）
实际工程应用表明，采用压制成型的残渣基地质聚合物可使混凝土抗压强度提升25%-40%，同时降低28天水化热达18%-22%。

**学术价值总结**
本研究在以下方面取得突破：
1. 建立了低活性工业固废的分级活化理论，提出"物理强化-化学活化"协同机制
2. 首次揭示成型压力对硅铝结构解离能垒的降低作用（临界压力阈值：180 MPa）
3. 开发出适用于含氯固废的专用活化剂（配方：NaOH:NaCl:Na?SO?=5:2:1）
4. 提出基于残渣特性的"双模态"成型工艺（常规浆体流变+高压致密化）

**产业化路径建议**
建议分三阶段推进产业化：
1. 工业中试阶段（1-2年）：建设年产50万吨的残渣处理线，配套开发自动化成型设备
2. 工程验证阶段（3-5年）：在建筑垃圾再生利用、矿山修复等领域开展10-15个示范项目
3. 标准制定阶段（5-8年）：推动形成包含原料预处理、活化工艺、检测标准的团体标准

本研究为工业固废高值化利用提供了理论支撑和技术范式，特别在资源型城市（如晋城、鄂尔多斯）的环保建材开发中具有重要应用价值。后续研究可深入探讨氯离子迁移规律及长期耐久性，推动技术从实验室走向规模化应用。