在矿产资源利用中,尾矿常被视为废弃物,占用土地并污染环境。但科技进步和环保意识提升后,尾矿资源的再利用成为热点。攀西地区产出了世界级的钒钛磁铁矿矿床,其目前的尾矿堆存量可达6亿吨,主要以镁铁质硅酸盐矿物为主,可作为制备地聚合物等胶凝材料的原材料。因此,利用攀西铁尾矿掺合高炉矿渣制备地质聚合物材料,并通过调控其内部孔隙结构特征,将其开发为优异的多孔吸附材料,不仅有利于解决重金属离子污染问题,还实现了铁尾矿等固体废弃物的高附加值利用。本文以攀西钒钛磁铁矿尾矿和矿渣为原材料,H₂O₂为发泡剂,通过碱激发的方式制备泡沫地聚合物吸附剂。综合宏观性能研究、微观结构表征和多种谱学分析,揭示试验配合比和吸附试验条件对镉离子(Cd²⁺)吸附性能的影响。本文主要研究内容和结论如下: 通过正交试验,确定铁尾矿-矿渣基地聚合物的制备工艺和基本配合比,基于铁尾矿掺量、碱激发剂模数和液胶比的三因素四水平正交试验,通过强度和比表面积指标的方差、极差数据分析,确定出最佳配合比:铁尾矿掺量30%,矿渣掺量70%,碱激发剂模数1.50,液胶比0.35,养护3 d抗压强度达到48.56 MPa,比表面积为41.09 m²·g^-1。 通过单因素试验,研究铁尾矿掺量、碱激发剂模数及发泡剂掺量对铁尾矿-矿渣基泡沫地聚合物宏观性能的影响,结果显示,随着铁尾矿掺量增加,耐水性能逐渐降低,对Cd²⁺吸附性能有所提高;随着碱激发剂模数增加,耐水性能和对Cd²⁺吸附性能呈现波动变化;随着发泡剂掺量增加,耐水性能不断下降,对Cd²⁺吸附性能提高。并基于X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积和孔径分析(BET)、X射线光电子能谱技术(XPS)等测试手段,系统分析了不同试验条件下泡沫地聚合物的结构演变规律及其对Cd²⁺吸附性能的影响机制。研究表明:铁尾矿掺量的增加增强了莫来石衍射峰强度,同时减弱了方解石衍射峰强度,水化硅铝酸钠凝胶增加,Si-O-T的波数向低波数方向移动,孔隙数量和连通性明显提升;碱激发剂模数为1.50时,莫来石晶体衍射峰降低,孔隙结构最优,碱激发剂模数升高使自由水增加,致水峰增强;发泡剂掺量的增加虽未显著改变物相组成,但有效增加了孔隙数量并改善了分布均匀性,同时显著提高了材料的比表面积,这些结构特征的演变规律揭示了试验条件对泡沫地聚合物Cd²⁺吸附效果差异的内在机理。 根据单因素试验综合考量最终选定铁尾矿掺量30%,碱激发剂模数1.50以及双氧水用量3%的试验样品,研究不同吸附试验条件对Cd²⁺吸附效果的影响,通过改变吸附剂用量、溶液p H值、初始Cd²⁺浓度、吸附时间,发现当吸附剂用量为6 g/L,溶液p H值为5,初始溶液浓度为100 mg/L,吸附时间400 min时,有较好的吸附效果,吸附1 800 min后,达到吸附平衡,平衡吸附量为15.61 mg/g。采用经典吸附动力学模型及等温吸附线模型拟合数据,结果表明铁尾矿-矿渣基泡沫地聚合物材料对Cd²⁺的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,以化学吸附为主,且为Langmuir单分子层吸附,材料具有丰富的活性位点。