本发明属于建筑材料，特别涉及一种碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法及利用碱渣-盐泥固体碱激发剂协同激发矿渣合成单组份碱激发材料的合成方法。
背景技术：
1、碱渣是应用索尔维制碱法生产纯碱时伴随产生的固体废物。其主要成分为cacl2、caso4、caco3、nacl。已有研究显示，每生产1.0吨na2co3将会产生0.3吨碱渣。储量庞大的碱渣缺乏有效利用的途径，多以地表堆积或掩埋的方式处置，这不仅会导致废物管理成本大幅提升，其自身包含的大量钙盐和氯盐还会导致土壤和地下水受到严重污染，因此有关碱渣的合理处置已经成为一个普遍的技术难题。已有研究利用碱渣的化学成分和碱性，将其作为补充钙源或补充碱源引入碱激发材料体系，但均使用了液体激发剂。目前对于碱渣直接作为铝硅酸盐前驱体的激发剂，而不额外使用液体激发剂存在一定的困难。
2、盐泥是生产烧碱的一次盐水工艺中产生的固体废物。一次盐水净化工艺中，粗盐水中的mg2+与oh-反应生成mg(oh)2，后以浮泥的形式排出。去除浮泥的澄清盐水中的ca2+与co32-反应生成caco3，经过滤后与浮泥混合。混合后的泥浆经箱式压滤机压滤后形成盐泥滤饼。经过上述工序所获得的盐泥中的主要成分为caco3、mg(oh)2以及少量nacl，不断新增的盐泥储量给固废处置和环境保护带来了巨大难题。目前对盐泥的处置多为就地倾倒和掩埋，而对其进行有效利用的研究十分匮乏。这导致了堆积成山的盐泥占用了大面积土地资源并对堆场周围的土壤、大气和水资源造成了严重破坏。仅有的少数研究主要集中在从盐泥中提取钙镁成分和回收氯化钠，由于盐泥中多为惰性成分，使得盐泥很难应用于建筑材料的制备。
技术实现思路
1、为解决上述碱渣和盐泥的处理问题，本发明提供一种固体碱激发剂及单组份碱激发材料的合成方法，使用碱渣和盐泥激发矿渣合成单组份碱激发材料，以解决当前盐碱性工业固废难以回收利用的难题，减少对环境的危害。
2、本发明的第一方面提供一种基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法，具体步骤如下：
3、s1、碱渣的预处理及碱渣粉的制备：将碱渣放入干燥箱中进行干燥，然后通过打粉机以18000～20000r/min的转速将干燥后的碱渣进行粉磨，将粉磨后的碱渣滤过第一方孔筛得到碱渣粉，将所述碱渣粉置于干燥环境中真空密封保存备用；
4、s2、盐泥的预处理：将盐泥放入干燥箱中进行干燥，然后通过颚式破碎机将干燥后的盐泥进行破碎，将破碎后的盐泥滤过第二方孔筛后转入高温烧结炉，按设定升温过程进行升温，当温度达到1000～1200℃后，煅烧2～4h，随后在炉膛内自然冷却至室温，所述颚式破碎机的颚板间距设置为2～10mm；
5、s3、盐泥粉的制备：将s2中冷却后的盐泥放入行星式球磨机中研磨20～40min后获得盐泥粉，将所述盐泥粉置于干燥环境中真空密封保存备用，所述行星式球磨机的运行频率为30～50hz，所述行星式球磨机的电机正反转时间为5～10min；
6、s4、碱渣-盐泥固体碱激发剂的制备：将所述碱渣粉和所述盐泥粉按预设质量比放入粉体多维混匀仪中，以每分钟40～70转的转速连续混合3～6h，混匀仪停止运转后取出碱渣-盐泥固体碱激发剂。
7、可优选的是，所述干燥箱为电热鼓风干燥箱，干燥温度为40～90℃，所述打粉机为手提式高速打粉机，所述第一方孔筛的孔径为0.30mm，所述第二方孔筛的孔径为4.75mm，所述碱渣粉的比表面积大于250m2/kg，所述碱渣的粉磨过程中粉磨时间持续2～3min。
8、可优选的是，所述设定升温过程包括三个阶段，第一阶段加热时间为30min，炉内温度从20℃加热至600℃，第二阶段加热时间为30min，炉内温度从600℃加热至1000℃，第三阶段按照10℃/min的升温速率将炉内温度提升至1000～1200℃。
9、可优选的是，所述盐泥粉的比表面积大于700m2/kg，步骤s4中混合过程中保持混合环境的真空状态，所述碱渣粉和盐泥粉的预设质量比为0.8～1.2。
10、本发明的第二方面提供了一种基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法合成单组份碱激发材料的工艺，将所述碱渣-盐泥固体碱激发剂和矿渣以0.25～0.65的预设质量比加入粉体多维混匀仪中，以每分钟60～90转的转速连续混合6～8h，混合过程中保持混合环境的真空状态，混匀仪停止运转后取出碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料；
11、所述碱渣-盐泥固体碱激发剂合成单组份碱激发材料的水化反应方程式包括：
12、[h3sio4]-+ca2+→c-s-h
13、[h3sio4]-+[h3alo4]2-+ca2+→c-a-s-h
14、4ca2++2cl-+2[al(oh)6]3-+4h2o→3cao·al2o3·cacl2·10h2o
15、6ca2++3so42-+2[al(oh)6]3-+26h2o→3cao·al2o3·3caso4·32h2o
16、6mg2++co32-+2[al(oh)6]3-+4oh-+4h2o→6mgo·al2o3·co2·12h2o
17、其中c-s-h为水化硅酸钙凝胶、c-a-s-h为水化硅铝酸钙凝胶、3cao·al2o3·cacl2·10h2o为水化氯铝酸钙、3cao·al2o3·3caso4·32h2o为钙矾石、6mgo·al2o3·co2·12h2o为水滑石。
18、可优选的是，将所述碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料进行混合均匀度检测，将符合预设均匀度要求的碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料置于干燥环境中真空密封保存，所述预设均匀度要求为通过取样枪对所述碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料进行多点的随机取样，利用x射线荧光光谱仪对所有取样点的样品进行元素组成和含量分析，各取样点的核心元素组成应相同，各核心元素含量的质量分数的差值小于等于8％。
19、可优选的是，所述矿渣为磨细高炉矿渣，评定所述单组份碱激发材料的抗压强度需制备40mm×40mm×40mm胶砂试件。
20、可优选的是，制备40mm×40mm×40mm胶砂试件的具体步骤为：
21、新拌砂浆的制备：将碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料和砂加入砂浆搅拌机，按第一拌合程序搅拌，在搅拌过程中缓慢匀速地加入水，加水过程持续30～45s，待水全部加入后继续搅拌2～3min，暂停搅拌，使用油灰刀将搅拌机叶片和锅壁上附着的砂浆刮回锅底，按第二拌合程序进行搅拌，得到新拌砂浆。
22、胶砂试件的制备：将立方体模具固定在振动台上，将s1制备的所述新拌砂浆填入模具，填入量为模具容积的四分之三，启动振动台并持续振动1～2min，暂停振动，向模具中继续填入所述新拌砂浆至稍微溢出模具顶部，启动振动台并持续振动0.5～1min后停止振动，刮去模具顶部的多余砂浆；将完成浇筑的模具使用塑料板密封并转入温度和相对湿度分别为17～23℃和95～98％的恒温恒湿养护箱内养护24～48h后脱模，脱模后的试件在养护箱内继续养护至测试龄期。
23、可优选的是，所述砂为机制砂，粒径区间为0.08～2.36mm，片状颗粒含量<10％，石粉含量<5％，所述水为自来水，所述第一拌合程序的参数为砂浆搅拌机的转速为120～140r/min，搅拌时间为3～5min，所述第二拌合程序的参数为砂浆搅拌机的转速为250～290r/min，搅拌时间为5～8min，所述立方体模具的容积为64cm3。
24、本发明与现有技术相比，具有如下优点：
25、(1)本发明通过利用工业固废碱渣、盐泥和矿渣制备的单组份碱激发材料，未使用具有腐蚀性或刺激性且成本昂贵的液体激发剂或商品碱，降低了成本，且为大储量盐碱性工业固废碱渣和盐泥难以利用的技术难题提供了解决方案，进而有效降低了废物管理成本和减缓了碱渣和盐泥对环境的破坏。
26、(2)本发明的固体碱激发剂具有协同激发的作用，将含有丰富的cacl2、caso4、caco3等成分的碱渣和含有丰富的cao、mgo、c2s等成分的盐泥共同用作矿渣的固体碱激发剂，二者为矿渣的溶解提供了碱性环境，并提供了能与矿渣发生化学反应的多种反应离子，形成了对矿渣的盐-碱协同激发效应。通过进一步优化碱渣、盐泥及矿渣的比例，使各类水化产物的数量明显增加，从而有效提升了单组份碱激发材料的力学性能。
27、(3)本发明通过高温煅烧的预处理方式，使盐泥中的惰性成分caco3、mg(oh)2、sio2转化为具有水化特性的cao、mgo、c2s。预处理后的盐泥溶于水中能够提供碱土金属阳离子ca2+和mg2+，并且提高溶液的ph，从而具备了作为碱激发剂的性质，进而与碱渣组成碱渣-盐泥固体碱激发剂协同激发矿渣合成单组份碱激发材料。
28、(4)本发明合成的新型单组份碱激发材料中仅有0～30％的原材料需要经过煅烧，而普通硅酸盐水泥中80～95％的原材料需要经过煅烧。此外，本发明中合成单组份碱激发材料的原材料的煅烧温度为1000～1200℃，明显低于普通硅酸盐水泥熟料1400～1500℃的煅烧温度。本发明提出的单组份碱激发材料相比传统水泥在降低能耗、减少碳排放等方面均具有明显优势，本发明的制备方法对制备环境以及原材料的要求低，可适用于大批量生产，具有较好的应用前景。
1.一种基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法，其特征在于，所述干燥箱为电热鼓风干燥箱，干燥温度为40～90℃，所述打粉机为手提式高速打粉机，所述第一方孔筛的孔径为0.30mm，所述第二方孔筛的孔径为4.75mm，所述碱渣粉的比表面积大于250m2/kg，所述碱渣的粉磨过程中粉磨时间持续2～3min。
3.根据权利要求1所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法，其特征在于，所述设定升温过程包括三个阶段，第一阶段加热时间为30min，炉内温度从20℃加热至600℃，第二阶段加热时间为30min，炉内温度从600℃加热至1000℃，第三阶段按照10℃/min的升温速率将炉内温度提升至1000～1200℃。
4.根据权利要求1所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法，其特征在于，所述盐泥粉的比表面积大于700m2/kg，步骤s4中混合过程中保持混合环境的真空状态，所述碱渣粉和盐泥粉的预设质量比为0.8～1.2。
5.一种根据权利要求1-4之一所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法的单组份碱激发材料的合成方法，其特征在于，将所述碱渣-盐泥固体碱激发剂和矿渣以0.25～0.65的预设质量比加入粉体多维混匀仪中，以每分钟60～90转的转速连续混合6～8h，混合过程中保持混合环境的真空状态，混匀仪停止运转后取出碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料；
6.根据权利要求5所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法的单组份碱激发材料的合成方法，其特征在于，将所述碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料进行混合均匀度检测，将符合预设均匀度要求的碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料置于干燥环境中真空密封保存，所述预设均匀度要求为通过取样枪对所述碱渣+盐泥+矿渣单组份碱激发材料进行多点的随机取样，利用x射线荧光光谱仪对所有取样点的样品进行元素组成和含量分析，各取样点的核心元素组成应相同，各核心元素含量的质量分数的差值小于等于8％。
7.根据权利要求5或者6所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法的单组份碱激发材料的合成方法，其特征在于，所述矿渣为磨细高炉矿渣，评定所述单组份碱激发材料的抗压强度需制备40mm×40mm×40mm胶砂试件。
8.根据权利要求7所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法的单组份碱激发材料的合成方法，其特征在于，制备40mm×40mm×40mm胶砂试件的具体步骤为：
9.根据权利要求8所述的基于碱渣和盐泥的固体碱激发剂的制备方法的单组份碱激发材料的合成方法，其特征在于，所述砂为机制砂，粒径区间为0.08～2.36mm，片状颗粒含量<10％，石粉含量<5％，所述水为自来水，所述第一拌合程序的参数为砂浆搅拌机的转速为120～140r/min，搅拌时间为3～5min，所述第二拌合程序的参数为砂浆搅拌机的转速为250～290r/min，搅拌时间为5～8min，所述立方体模具的容积为64cm3。
