利用尾礦制備地聚物研究現(xiàn)狀及展望

佟志芳， 曾慶釙， 王佳興， 溫皓， 胡曉飛

（江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部，江西 贛州341000）

隨著社會工業(yè)的迅速發(fā)展， 人們對礦產(chǎn)資源的需求量也越來越大，礦物開采數(shù)量逐年增多。 礦石在進行選礦加工后會產(chǎn)生大量的尾礦， 由于我國可開采礦石品位的不斷降低， 每年產(chǎn)生的尾礦數(shù)量也在逐年增長[1]。 目前，尾礦已經(jīng)成為我國每年產(chǎn)生量最多的固體廢物[2]。 以我國需求量最大的鐵礦石為例，我國鐵礦石的平均品位約為31.3%， 每產(chǎn)出1 t 精鐵礦就會產(chǎn)生2.5～3 t 尾礦[3]。有色金屬礦物的尾礦產(chǎn)生比例則更高，如黃金、鎢、鉬、鈮等金屬尾礦的產(chǎn)生率達到95%以上[4]。 截至2019 年底，我國尾礦的堆存量已高達195 億t[5]，但尾礦的綜合利用率不到10%[6]，大量的尾礦被堆存于尾礦庫中[7]。 由于部分尾礦中含有重金屬元素，如 Pb，Cu，Hg，Ni 和 Cr 等[8]，尾礦在堆放過程中由于長期受到風化以及雨水沖刷作用，重金屬離子會逐漸釋放，并且會隨著水流滲入土壤，污染地下水，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞[9]， 因此對于尾礦的綜合利用研究具有重要意義。目前尾礦的綜合利用研究可分為3 類：回收有價金屬、回收非金屬礦物和整體利用[10]。回收尾礦中有價金屬和非金屬礦物僅能利用尾礦中的部分組分，處理后依舊會產(chǎn)生大量固體廢棄物，因此利用率不高，并且由于回收過程中成本較大，難以達到一定的經(jīng)濟效益，而尾礦的整體利用更能有效提高尾礦的利用率，是今后尾礦綜合利用的主要發(fā)展方向。 不同尾礦的成分差距較大，但基本都以氧化硅、氧化鋁為主，常被用于制作玻璃、陶瓷等材料[11-12]，但尾礦利用率仍然偏低，因此對于尾礦的多元化整體利用研究有待加強，利用尾礦用于制備地聚物是提高尾礦利用率的途徑之一。

地聚物是一類由硅氧四面體與鋁氧四面體形成的具有三維網(wǎng)絡(luò)狀無機聚合結(jié)構(gòu)的膠凝材料， 最早由法國 Davidovits 教授在 20 世紀 70 年代末所研發(fā)[13]， 該結(jié)構(gòu)介于準晶態(tài)與非晶態(tài)之間，沒有一個具體的化學(xué)式，通常用化學(xué)通式 Mx[-（Si-O2）z-Al-O]n·wH2O 來表示[14]，其中M 為堿金屬陽離子，z 為該結(jié)構(gòu)中的Si/Al摩爾比，n 表示聚合程度，w 表示化學(xué)結(jié)合水數(shù)目。 地聚物凝膠中不同Si/Al 比結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示[15]， 在該結(jié)構(gòu)中，鋁離子帶3 個正電荷，因此鋁氧四面單體會帶一個負電荷，堿金屬陽離子在該結(jié)構(gòu)中起著電荷平衡的作用。由于這類材料具有這種特殊的網(wǎng)絡(luò)狀聚合結(jié)構(gòu)，因此物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有強度高、耐高溫、耐酸堿腐蝕等優(yōu)異性能[16]，在防火隔熱、建筑、重金屬固化以及核廢料固封等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，將尾礦用于制備地聚物能夠有效促進尾礦的大規(guī)模利用。

圖1 地聚物凝膠中不同Si/Al 比結(jié)構(gòu)模型[15]Fig. 1 Structural model of different Si/Al ratio in geopolymer gel[15]

1 尾礦制備地聚物的研究現(xiàn)狀

尾礦是我國堆存量最大的一類工業(yè)固廢， 如何有效的對尾礦進行大宗量利用是眾多科技工作者關(guān)心的問題，將尾礦用于制備地聚物，在實現(xiàn)尾礦高值化利用的同時，也能夠大宗量消耗堆存的尾礦，另外地聚物還能有效的固化尾礦中的重金屬， 避免對環(huán)境造成二次污染，因此利用尾礦制備地聚物具有很大的發(fā)展空間。

表1 所列為我國主要堆存的幾類尾礦中各氧化物組成及其所包含的主要物相，從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，各類尾礦中包含的物相主要為石英、長石、石榴石等，主要成分為氧化硅以及氧化鋁。 由于地聚物中的主要成分為硅鋁氧化物，并且原料硅鋁占比對地聚物性能影響較大，因此不同尾礦制備地聚物從礦物相角度進行分類研究的較少， 主要從成分角度進行分析，通常尾礦中Si/Al 比在1~3 時，可直接用于制備地聚物，而當尾礦中氧化硅含量過大時，可通過添加少量其它原材料（粉煤灰、高爐渣等）用于適量補充鋁質(zhì)來源進行制備地聚物，大量研究表明，通過該方式將各類制備地聚物是可行的[17-19]。 利用各類尾礦制備地聚物，國內(nèi)外已有大量學(xué)者做了相關(guān)研究，從制備地聚物工藝來看，主要分為2 類：堿性溶液激發(fā)方式制備和“直接加水”一體化制備。

表1 我國部分尾礦中主要化學(xué)成分含量以及所含主要礦物相Table 1 The content of the main chemical components and the main mineral phases contained of some tailings in China 單位：質(zhì)量分數(shù)，%

1.1 堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物

堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物的原料分為2 個部分[29]：一部分為含有氧化硅與氧化鋁組分的固體原料，另一部分為堿金屬氫氧化物溶液或與硅酸鹽混合得到的混合溶液[30]，也被稱為堿性激發(fā)劑。通過將固體原料與堿性激發(fā)劑充分混合攪拌后得到的漿體在一定條件下養(yǎng)護即可制得地聚物，該制備工藝流程如圖2 所示。

圖2 堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物工藝流程Fig. 2 Preparation process of two part geopolymer

Aseniero 等利用不同地區(qū)的金尾礦作為原料制備地聚物，以氫氧化鈉和硅酸鈉的混合溶液作為堿性激發(fā)劑，考察了不同堿性激發(fā)劑濃度對地聚物抗壓強度的影響，結(jié)果表明在較優(yōu)配方下所制備地聚物養(yǎng)護7 d 后，樣品最大抗壓強度為 5.95 MPa[31]。Saeed 等利用銅尾礦制備地聚物磚塊， 探究了氫氧化鈉濃度、成型壓力以及養(yǎng)護溫度對所制備地聚物磚塊強度的影響，結(jié)果表明，在氫氧化鈉濃度為14 mol/L，成型壓力為25 MPa，養(yǎng)護溫度為90 ℃時，地聚物的抗壓強度最大，達到33.7 MPa[32]。 Huang 等以金尾礦為主要原料，Ca（OH）2，Al2O3作為輔助原料，NaOH 溶液作為激發(fā)劑，考察了 Ca（OH）2，Al2O3添加量對地聚物抗壓強度的影響。 結(jié)果表明，Ca（OH）2摻入量為 5%，Al2O3的摻量為0.2%時強度最佳，可達40 MPa[33]。Xin 等利用銅尾礦與鋁泥為混合原料制備地聚物， 以氫氧化鈉為激發(fā)劑， 通過改變銅尾礦中鋁泥的含量來調(diào)整原料硅鋁比，結(jié)果表明當鋁泥的摻量為20%，90 ℃養(yǎng)護7 d 后地聚物的抗壓強度可達到44.8 MPa[34]。

采用堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物是目前最為普遍的一種方式， 但由于該方式制備過程中使用的是高濃度的堿性溶液，因此具有較強的腐蝕性，并且堿性激發(fā)劑的殘留會使地聚物在后期使用過程中出現(xiàn)泛堿問題。

1）堿液使用帶來的腐蝕性問題。由于尾礦中主要為結(jié)晶程度高、反應(yīng)活性較低的礦物相，因此為了能夠?qū)ξ驳V進行有效的堿激發(fā)，使用的堿性激發(fā)劑溶液濃度通常高達8~16 mol/L。并且由于硅酸鹽溶液長時間放置會發(fā)生聚沉反應(yīng)[35]，因此在制備地聚物過程中，該堿性激發(fā)劑溶液需要進行現(xiàn)場配置，不僅操作過程復(fù)雜，同時堿液具有的腐蝕性也給施工人員的人身安全帶來了一定的威脅[36]。

2）強堿性激發(fā)劑使用帶來的地聚物泛堿問題。由于原料的溶解需要在高濃度強堿性條件下反應(yīng)，因此在固體原料與堿性激發(fā)劑溶液混合并發(fā)生地聚合反應(yīng)后，必然存在過量的堿性物質(zhì)殘留。 在地聚物后期的使用過程中，這些殘余的堿金屬離子會隨著內(nèi)部孔隙逐漸轉(zhuǎn)移至表面并結(jié)晶，形成白色霜狀物質(zhì)，俗稱“泛霜”[37]，見圖3。 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生會對地聚物的后期性能造成影響。焦向科等利用鎢尾礦與偏高嶺土配合作為原料，再利用硅酸鈉與氫氧化鈉混合溶液作為堿性激發(fā)劑制備地聚物，對制備的地聚物樣品進行泛霜行為分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有的樣品在放置100 d 后均出現(xiàn)泛霜現(xiàn)象，通過對樣品進行SEM 檢測，可觀察到由于地聚物中堿性物質(zhì)泛出表面并結(jié)晶，導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，從而造成試樣的性能降低[38]。

圖3 不同濃度堿性激發(fā)劑制備地聚物產(chǎn)生的“泛霜”現(xiàn)象[37]Fig.3 The efflorescence phenomenon of geopolymers prepared with different alkaline activator concentrations[37]

1.2 “直接加水”一體化制備地聚物

針對堿性溶液激發(fā)方式制備地聚物過程中使用強堿性溶液帶來問題，研究人員開始采用向地聚物前驅(qū)體中直接加水的方式來制備地聚物，這種制備方式與普通硅酸鹽水泥的使用方式相似，通過向固體原料中直接加水拌合即可固化[39]。利用“直接加水”一體化方式制備地聚物， 無需配置復(fù)雜的堿性激發(fā)劑溶液，操作過程更加安全、簡便。近些年，該制備方式也受到了越來越多人的關(guān)注[40]。

利用尾礦以“直接加水”一體化方式制備地聚物的工藝也可以分為2 類，一類是將堿性激發(fā)劑以固體的形式與尾礦進行混合， 從而得到地聚物前驅(qū)體，通過向前驅(qū)體中直接加水攪拌并養(yǎng)護即可硬化，該制備方式可以避免由于堿性溶液使用而帶來的腐蝕性問題。另一種是通過將尾礦與堿性物質(zhì)進行煅燒后得到活性較強的產(chǎn)物，向該活化產(chǎn)物中加水后，活化產(chǎn)物中的活性成分會直接參與水化反應(yīng)從而固化得到地聚物。 這兩類制備方式的工藝流程如圖4 所示。

圖4 “直接加水”一體化制備地聚物工藝流程Fig. 4 Preparation Process of one part geopolymer

1.2.1 加入固體堿激發(fā)劑方式制備地聚物

Xiang 等將銅尾礦、粉煤灰、水玻璃粉末、氫氧化鈉按質(zhì)量比 9∶1∶1.82∶0.46 混合，通過向混合原料直接加水制備地聚物，在水固質(zhì)量比為 0.15，成型壓力20 MPa 下研究養(yǎng)護溫度對地聚物抗壓強度的影響，結(jié)果表明，適當?shù)奶岣吖袒瘻囟饶軌蚴沟鼐畚飪?nèi)部的凝膠結(jié)構(gòu)更加均勻，在養(yǎng)護溫度為80 ℃時強度最大，可達36 MPa[41]。 Lemougna 等以將鋰尾礦作為主要原材料，加入一定量偏高嶺土作為鋁質(zhì)校正材料，并混入固體硅酸鈉粉末攪拌均勻得到地聚物反應(yīng)前驅(qū)體，向地聚物前驅(qū)體中直接加水并在60 ℃養(yǎng)護24 h 后再置于室溫下繼續(xù)養(yǎng)護，結(jié)果表明，當硅酸鈉摻量為12.5%時，地聚物養(yǎng)護7 d 的后抗壓強度可達到 45 MPa[42]。Perumal 等將磷尾礦分別在不同溫度下煅燒進行預(yù)活化，將預(yù)活化后的尾礦與硅酸鈉粉末在磨礦機中共磨， 得到的混合粉末直接加入質(zhì)量比為0.25 的水制備地聚物，結(jié)果表明在750 ℃煅燒時，尾礦中的結(jié)晶相開始減少，部分晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?，并且該溫度下煅燒后的尾礦在堿性溶液中浸出后，硅鋁離子濃度發(fā)生明顯的提升，反應(yīng)活性有所增強。 在該工藝下所制備的地聚物養(yǎng)護7 d 后抗壓強度約為15 MPa[43]。

將堿激發(fā)劑以固體的形式混入原料，雖然能夠達到直接加水進行制備地聚物的目的，但在加水攪拌混合過程中，固體堿性激發(fā)劑難以充分溶解，會使地聚物內(nèi)部形成的凝膠結(jié)構(gòu)分布不均， 導(dǎo)致強度偏低，另一方面， 地聚物中的堿性激發(fā)劑同樣易存在殘留問題，使地聚物后期出現(xiàn)泛霜現(xiàn)象。

1.2.2 尾礦加堿煅燒活化方式制備地聚物

在以“直接加水”一體化方式制備地聚物的研究中，部分研究人員通過利用堿性原料與尾礦進行煅燒的方式，以增加尾礦的反應(yīng)活性，活化后原料直接加水使其在水溶液中發(fā)生水化反應(yīng)形成地聚物凝膠結(jié)構(gòu)，無需再加入堿性激發(fā)劑。焦向科等通過將釩尾礦與NaOH 在650 ℃下進行煅燒活化， 再加入硅灰和礦渣作為輔助原料，得到地聚物反應(yīng)前驅(qū)體，通過直接加水即可固化，在養(yǎng)護7 d 后最大抗壓強度為12.5 MPa[44]。Luo 等將釩尾礦與質(zhì)量比為20% NaOH 在600 ℃煅燒活化后，與偏高嶺土進行配合得到地聚物反應(yīng)前驅(qū)體，通過直接加水制備地聚物，在養(yǎng)護7 d 后抗壓強度達到29 MPa[45]。 上述研究結(jié)果表明，該方法普遍存在抗壓強度偏低的問題，主要原因是礦物中硅鋁酸鹽的活性在煅燒過程中沒有得到有效激活。 由于通過該方式制備地聚物的研究起步較晚， 目前相關(guān)的研究還較少，制備過程中的涉及到的反應(yīng)機理也并不清晰，雖然制備的地聚物強度偏低，但該方式由于能夠避免堿性激發(fā)劑的使用，制備過程更為便利，因此通過該方式利用尾礦制備地聚物也在逐漸受到關(guān)注。

1.3 地聚物聚合反應(yīng)機理研究

目前地聚物聚合的反應(yīng)機理還沒有一個統(tǒng)一的定論，但反應(yīng)過程大致可以歸納為3 個步驟[46]：溶解、擴散和縮聚。 首先固體原料中的鋁硅源在堿性條件下水解形成硅酸鹽與鋁酸鹽單體， 溶解后的鋁酸鹽與硅酸鹽單體從顆粒表面逐漸擴散至溶液中， 隨著溶液中硅鋁離子濃度逐漸增大，形成過飽和溶液，于是溶液中的鋁酸鹽與硅酸鹽單體之間開始發(fā)生縮聚反應(yīng)形成低聚體， 隨后低聚體之間會進一步脫去水分子形成三維網(wǎng)絡(luò)狀凝膠結(jié)構(gòu)從而發(fā)生固化[47]，生成的凝膠結(jié)構(gòu)主要為無定形態(tài)和半結(jié)晶態(tài)，該反應(yīng)過程如圖5 所示。

圖5 地聚物反應(yīng)概念模型[47]Fig. 5 Conceptual model for geopolymerization[47]

Jimenez 等利用透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測粉煤灰與氫氧化鈉激發(fā)劑反應(yīng)不同時間后生成的凝膠結(jié)構(gòu)， 并提出了如圖6 所示的反應(yīng)模型。首先堿性激發(fā)劑中的氫氧根離子會從原料的表面開始侵蝕，并不斷由外向內(nèi)擴展，原料逐漸溶解，但在反應(yīng)過程中生成的凝膠體也會同時覆蓋在原料的表面，阻礙原料的進一步溶解，因此最終的反應(yīng)產(chǎn)物中會包含大量未反應(yīng)顆粒[48]。楊南如對地聚物的形成過程進行研究，結(jié)果也表明原料中的溶解過程與縮聚過程幾乎是同時進行[49]，因此雖然地聚物的反應(yīng)被分為幾個步驟，但不同的反應(yīng)往往都是同時發(fā)生，很難將不同的反應(yīng)階段獨立出來進行定量研究，并且在該反應(yīng)過程中，固體顆粒的粒徑分布、原料中的礦物相以及堿激發(fā)劑的種類和濃度都會對反應(yīng)進程造成影響，實際反應(yīng)過程十分復(fù)雜。 鑒于這些問題，部分學(xué)者通過利用計算機模擬的方式研究地聚合反應(yīng)過程。為探究不同堿激發(fā)劑種類對地聚合反應(yīng)的影響，張云升等利用半經(jīng)驗AM1 算法分別研究了硅鋁質(zhì)原料在NaOH及KOH 溶液中的溶解過程，結(jié)果表明，由于Na+比K+的配位特征更強，導(dǎo)致原料在氫氧化鈉中的溶解性強于氫氧化鉀[50]，而溶解程度的增大有利于后期聚合反應(yīng)階段的進行，從而形成更大強度的地聚物，該項研究為制備地聚物堿性激發(fā)劑的選擇提供了一定的參考。地聚物形成過程中的縮聚反應(yīng)同樣對地聚物強度具有很大的影響，為探究聚合反應(yīng)機理，劉慧鑫基于密度泛函數(shù)理論對該過程進行計算，結(jié)果表明在強堿性條件下， 原料溶解后的鋁離子在溶液中主要以[Al（OH）4]-離子基團的形式存在，而硅離子主要以[SiO（OH）3]-和[SiO2（OH）2]2-離子基團的形式存在，在聚合過程中，不同離子團之間的羥基結(jié)構(gòu)會發(fā)生縮聚并脫去水分子[51]。雖然通過計算機模擬方式研究地聚物反應(yīng)機理取得了一定的進展，但實際制備地聚物的反應(yīng)體系多變，反應(yīng)速率較快，難以通過表征手段對實驗結(jié)果進行分析驗證，因此對于地聚物反應(yīng)機理目前還主要處于定性分析階段[52]，地聚物凝膠結(jié)構(gòu)形成所涉及的反應(yīng)一般用式（1）、式（2）表示[53]。

圖6 粉煤灰堿激發(fā)反應(yīng)模型[52]Fig. 6 Descriptive model of the alkali activation of fly ash[52]

2 地聚物的應(yīng)用

由于地聚物具有獨特的無機聚合三維氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，決定了其具有強度高、耐腐蝕、耐高溫、不易老化等特性，因此地聚物的實際應(yīng)用受到了廣大科研工作者的關(guān)注，目前對于地聚物的應(yīng)用研究主要集中于建筑材料以及固封重金屬材料。

2.1 建筑材料

硅酸鹽水泥是建筑行業(yè)中使用量最大的一種材料，在生產(chǎn)過程中，需要使用黏土和石灰石等原材料在1 400 ℃高溫下煅燒，燒制溫度較高，能源消耗巨大，并且石灰石分解會產(chǎn)生大量的二氧化碳，根據(jù)統(tǒng)計，平均每生產(chǎn)1 t 水泥大約就會產(chǎn)生1 t 二氧化碳[54]，巨大的二氧化碳排放量對全球環(huán)境以及氣候造成了極大的影響。 相較于傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥材料，地聚物的生產(chǎn)原料主要為尾礦、粉煤灰、爐渣等固體廢棄物，制備過程不需要高溫煅燒， 因此可大大減少CO2的排放量，更加低碳環(huán)保[55]。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，制備地聚物的碳排放量僅為普通硅酸鹽水泥的1/5[56]，是一類對環(huán)境更為友好的建筑材料。

硅酸鹽水泥強度形成主要是水泥中的硅酸二鈣以及硅酸三鈣水化后生成水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠體，該凝膠結(jié)構(gòu)中主要利用分子之間作用力以及氫鍵結(jié)合[57]，作用力較弱，而地聚物凝膠結(jié)構(gòu)中主要結(jié)合方式是離子鍵和共價鍵，因此，地聚物通常相比于普通水泥強度更大，耐高溫性更好。Zhao 等通過對地聚物和普通硅酸鹽混凝土制備的建筑模型進行模擬火災(zāi)對比實驗，發(fā)現(xiàn)普通硅酸鹽混凝土在升溫后表面逐漸開裂并脫落，而地聚物即使暴露在850 ℃的高溫中依舊保持著完整的結(jié)構(gòu)。 結(jié)果表明，以地聚物作為建筑材料的建筑模型比傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥建筑模型更耐高溫， 可作為一類良好的耐高溫建筑材料[58]。Menglim 利用回收瀝青與粉煤灰為原料制備地聚物作為路面建筑材料，研究了地聚物作為道路施工材料的強度發(fā)展，結(jié)果表明以粉煤灰與回收瀝青共混物制備的地聚物材料，能夠滿足路面建筑材料的強度要求[59]。 關(guān)于地聚物作為建材使用，目前澳大利亞在該方面的研究處于世界先進水平，澳大利亞的維多利亞州已大量利用地聚物作為房屋建筑板材、鋪建路面材料用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，地聚物產(chǎn)品也以E-Crete商標在市場上進行銷售[35]。

2.2 固封重金屬材料

由于地聚物結(jié)構(gòu)中主要為硅氧四面體與鋁氧四面體共用氧原子形成的三維網(wǎng)絡(luò)狀牢籠結(jié)構(gòu)， 因此，能夠?qū)⒅亟饘匐x子固封在四面體之間的間隙當中，另外由于鋁氧四面體帶一個單位負電荷，與金屬陽離子之間存在電荷相互作用，在該電荷作用下也能夠加強地聚物對重金屬離子的固化效果。

Zhang 等以50%偏高嶺土與50%礦渣為原料，將堿性激發(fā)劑與 Cu（NO3）2，Pb（NO3）2溶液共同加入固體原料中制得地聚物，以研究該地聚物對重金屬的固化能力，通過對重金屬進行浸出實驗得出，當重金屬離子加入質(zhì)量在0.1%～0.3%時， 固化率在98.5%以上，同時地聚物抗壓強度可達75.2 MPa[60]。 仇秀梅等以粉煤灰為原料， 通過向原料中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%～3.0%的重金屬鹽來制備地聚物，對固化后的地聚物在酸性溶液下進行浸出毒性測試， 結(jié)果表明該地聚物對 Cu2+，Pb2+，Cr3+，Cd2+的固化率均在 99%以上[61]。金漫彤利用地聚物固化垃圾焚燒飛灰中的重金屬，所制得地聚物中重金屬的浸出濃度低于國家標準，具有較好的固化效果，該研究表明重金屬能夠代替地聚物中Na+和K+的位點， 被骨架結(jié)構(gòu)中的鋁離子吸附，同時環(huán)狀的聚合分子能夠形成腔狀結(jié)構(gòu)，將重金屬包裹在聚合體中[62]。

3 總結(jié)與展望

近年來，世界各國對節(jié)能環(huán)保越來越重視，利用尾礦制備地聚物研究也越來越多，雖然全世界科研工作者在對地聚物的研究中取得了一定的進展，但目前關(guān)于地聚物的實際應(yīng)用報道仍然較少，通過不同工藝利用尾礦制備地聚物主要還存在著以下這些共性問題需要解決。

1）由于尾礦中主要為結(jié)晶度程度高、反應(yīng)活性低的礦物相組成， 因此尾礦在體系中的反應(yīng)程度較低，導(dǎo)致制備地聚物的性能偏低，因此需要尋找一種有效的手段對尾礦進行活化從而增加尾礦的反應(yīng)活性，以提高尾礦制備地聚物的性能。

2）使用堿性激發(fā)劑帶來的“泛霜”問題。無論是通過堿性溶液激發(fā)方式還是加入固體堿激發(fā)劑后直接加水方式制備地聚物，都難以避免發(fā)生“泛霜”現(xiàn)象，地聚物“泛霜”現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅影響產(chǎn)品外觀，同時還會地聚物的性能造成影響，因此需要尋找一種有效的方式抑制“泛霜”現(xiàn)象的發(fā)生。

3）對于地聚物的反應(yīng)機理了解不夠深入。雖然國內(nèi)外已有學(xué)者對地聚物的反應(yīng)建立了各種模型，但基本都是處于定性的探討，缺乏定量的分析，對于一些關(guān)鍵性參數(shù)還未形成一致的結(jié)論與規(guī)律，因此，對于地聚物中的作用機理研究還需要進一步加強，為地聚物的制備提供更完善的理論指導(dǎo)。

不同類型尾礦中硅鋁氧化物總含量通?？蛇_70%以上，因此尾礦是一類非常適合作為制備地聚物的原材料。 地聚物材料綜合性能優(yōu)異，應(yīng)用前景也十分廣闊，針對目前尾礦制備地聚物存在的問題進行深入研究，不僅能夠?qū)︽u尾礦進行大規(guī)模有效利用，實現(xiàn)變廢為寶，同時也能夠有效解決尾礦長期堆積帶來的環(huán)境污染問題。