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1.引言

随着工业的快速发展，每年产生的工业固体废物不断增加，工业固体废物不但占用了大量土地，同时还污染了土壤和地下水[1,2]，近年来在低碳经济的背景下已经引起极大的关注。随着矿物原料的逐渐枯竭及建筑行业对原料的需求逐年增加，因此迫切需要将工业固体废物作为替代材料进行安全回收、处理和利用[3-6]。

渭南市是钼工业的中心，拥有丰富的钼矿资源，每年在采矿过程中可产生大约1,350万吨钼尾矿，造成了严重的健康和环境问题。钼尾矿是含有大量有用成分的废弃钼矿石。因此，我们已经开展了大量工作研制出钼尾矿的利用方式，如回收指定的成分[7]、种植农作物[8]，尤其是制备建筑材料[9,10]。

蓄水材料是一种可用于海绵城市建设[11-13]、农业土壤改良[14,15]和生态森林恢复[16]的建筑材料。通常，所使用的蓄水材料为天然土壤或陶土[17,18]。迫切需要具有良好蓄水-排水性能的新型蓄水材料，以回收利用雨水、增加水资源的再利用、减少雨水蓄积和洪涝、缓解热岛效应及减轻城市噪声。在此前提下，针对大量的废弃钼尾矿及考虑到将其作为陶瓷原料的可用性，我们提议制备MTWSM。我们的实验结果表明，MTWSM的样本配方非常简单并且烧制温度相对较低。设计的样本具有高吸水率、高抗压强度及良好的排水性能。因此，它作为蓄水材料是一种有前途的产品。同时，它可能有助于海绵城市的建设。因此，这项研究对于钼尾矿的再利用具有极其重要的经济和环境效益。

2.方法

2.1.矿物质和试剂

将钼尾矿（中国陕西省商洛市）和黄土（中国陕西省泾阳市）用作原料。设计（配方见表1）并在不同温度下烧制样本，分别以编号MTWSM850、MTWSM950、MTWSM1050、MTWSM1100和MTWSM1150进行记录。表2中给出了MTWSM的化学分析，将购自上海化学试剂有限公司的4,4rsquo;-氧代双（苯磺酰肼）用作发泡剂（PFA）。为了合成新型蓄水材料，采用了包括发泡成形和烧制在内的工艺。

2.2.发泡成形

首先，向27mL蒸馏水中加入适量的PFA，然后搅拌直至溶液均匀。将已称重的黄土和钼尾矿加入到制备的溶液中并搅拌。然后将悬浮液放入圆柱形模具（Phi; = 5cm）中，在150℃下进行发泡并烧制。脱模后的样本尺寸约为Phi;5times;10cm。 图1为发泡成形过程的示意图。

表1

以钼尾矿为原料的蓄水材料配方

表2

以钼尾矿为原料的蓄水材料化学分析（wt %）

图1 发泡成形过程示意图

2.3.烧制

将样本放在烤箱内干燥过夜，然后分别在850、950、1050、1100和1150°C的温度下烧制，其中在最高温度条件下维持烧制10分钟。图2为MTWSM样本的烧制温度曲线。

2.4.特性描述

根据阿基米德定律测量吸水率（Wa）和体积密度（D）[19]，包括将样本干燥至恒重（m₁），然后将其放入DXR多孔陶瓷显气孔率和体积密度检测仪（中国湘潭湘仪仪器有限公司） 中并抽至真空（压力约为0.1MPa），然后用泵加入蒸馏水，直至浸没所有样本并浸泡40分钟。 浸泡后，测定水中悬浮的每个样本的质量（m₃）及其饱和质量（m₂）。吸水率和体积密度按下式计算：

rho;为蒸馏水的密度，p = 1 g cm^-3。

将样本在水中浸泡2小时，然后排水2小时后，测量样本的持水能力（WHC）并对样本称重m4。通过方程（1-3）计算WHC：

使用WE-2000B数显液压万能材料试验机（无锡市锡仪建材仪器有限公司）检测样本的抗压强度。使用GKF-VIII硅酸盐化学成分快速分析仪（中国湘潭湘仪仪器有限公司）检测MTWSM的化学成分。使用珀金埃尔默公司的Optima 4300DV电感耦合等离子体分光光度计（ICP-OES）测定钼尾矿中的重金属含量。使用D/MAX-2500衍射仪（日本理学工业公司）通过X射线衍射（XRD）及Cu辐射测定相组成。使用JSM-7500场发射扫描电子显微镜（FESEM,JEOL日本电子公司）观察制备样本的微观结构。

图2 MTWSM样本的烧制温度曲线

3.结果与讨论

3.1钼尾矿的特征

为了将钼尾矿用于材料制备，必须提前评估其组成，尤其是重金属含量。钼尾矿的化学组成和重金属含量分别见表3和表4。钼尾矿中的含硅量高、富含铝元素并含有一定量的钾、铁、钛、钙和镁，因此可以视为具有一定助熔作用的劣质石英砂。但是，必须特别注意钼尾矿也含有大量的铁和钛元素，会明显影响制品的成色和品位。可以看出，钼尾矿中所含的主要重金属元素是B和Cd，其含量较低（分别为7.2和1.7ppm），表明钼尾矿适合用作建筑材料制备的原料。

图3为钼尾矿的XRD衍射图。结果表明，钼尾矿的主相是黑云母（JCDD 80-1110）[20]和石英（JCDD 85-0798）[21]，次要相是钙长石（JCDD 73-0265）[22] ，而且还含有少量的辉钼矿（JCDD 74-0932）[23]。半定量分析表明，钼尾矿中各相的含量分别为：黑云母45.8wt％、石英40.9wt％、钙长石13.0wt％及辉钼矿0.3wt％。钼尾矿的衍射图平坦且出现衍射尖峰，表明各相的结晶度良好。钼主要存在于辉钼矿中，黑云母和石英岩通常与辉钼矿伴生[24]。在选出辉钼矿后，尾矿中的黑云母、石英和钙长石矿物应为伴生矿物，这与XRD分析结果一致。在本研究中，钼尾矿中的钼是辉钼矿（MoS2）[25]，应该是残留矿物。应该指出的是，辉钼矿在大约360°C温度条件下会被氧化成MoO₃和SO₂，并且氧化反应如式（1-4）所述[26]。相中不包含重金属元素，可能是由于其含量太低而无法达到检测限。

3.2 MTWSM样本的基本特性

发泡成形后样本中均匀分布的气孔会使得烧制之后气孔也均匀分布，从而能改善水的进出通道。因此，发泡成形阶段对于MTWSM至关重要，

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