本發(fā)明涉及一種新型材料，特別是一種綜合利用脫硫石膏與鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣耦合制造建筑材料的方法。

背景技術(shù)：

脫硫石膏（英文名稱desulfuration gypsum）又稱排煙脫硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一樣，為二水硫酸鈣CaSO₄·2H₂O，含量≥93%。FGD過程是一項采用石灰-石灰石回收燃煤或油的煙氣中的二氧化硫的技術(shù)，該技術(shù)是把石灰-石灰石磨碎制成漿液，使經(jīng)過除塵后的含SO₂的煙氣通過漿液洗滌器而除去SO₂。石灰漿液與SO₂反應(yīng)生成硫酸鈣及亞硫酸鈣，亞硫酸鈣經(jīng)氧化轉(zhuǎn)化成硫酸鈣，得到工業(yè)副產(chǎn)石膏，稱為脫硫石膏，廣泛用于建材等行業(yè)。其加工利用的意義非常重大。它不僅有力地促進了國家環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟的進一步發(fā)展，而且還大大降低了礦石膏的開采量，保護了資源。

脫硫石膏與天然石膏的區(qū)分在于化學(xué)成分的有所差別，脫硫石膏中還含有二氧化硅、氧化鈉、碳酸鈣、亞硫酸鈣、石灰石、氯化鈣、氯化鎂等雜質(zhì)，其中的含有 K、Na、NH₃、Fe、Ca、Mg 等的水溶性無機鹽或有機物危害巨大。此類鹽如果含量過多，形成時會出現(xiàn)硬化過早或過遲，導(dǎo)致硬化體強度低。在石膏制品成形后的干燥過程中，隨干燥程度而移向表層附近，含不純物多時，會出現(xiàn)表面粉化或可能與硫酸鈣生成復(fù)合鹽。粉化現(xiàn)象會使外觀變得不平整、不美觀。

將脫硫石膏經(jīng)過煅燒等處理后，用以制備建筑石膏粉是提高脫硫石膏利用率的有效途徑，生產(chǎn)的建筑石膏粉又可制取各種石膏制品，如紙面石膏板、纖維石膏板、石膏砌塊、粉刷石膏等。但是這些制品存在著強度低（＜30MPa）、耐水性差、耐久性差等問題，嚴重影響脫硫石膏高效利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用脫硫石膏制備建筑材料的方法，以至少克服現(xiàn)有石膏類產(chǎn)品強度低、耐久性差的缺點。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種利用脫硫石膏制備建筑材料的方法，包括步驟：

S1：以質(zhì)量百分比計的如下原料制成干混料，含水率≤10%的脫硫石膏15% ~ 60 %，鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣15 % ~ 60 %，集料20 % ~ 35 %，鈣質(zhì)膠凝材料3 % ~ 12 %；

S2:向步驟S1制得的干混料加入水或溶入了激發(fā)劑的水溶液濕混制得濕混料，其中水占全部固體物料干基質(zhì)量的12% ~20 % ，激發(fā)劑為鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣干基質(zhì)量的0.2 %～1.5 %；

S3：將濕混料進行靜置，靜置時間為15 min～2h；

S4：將經(jīng)步驟S3處理的物料進行靜壓成型得到坯體，成型壓力為20MPa～50MPa，保壓時間為15s～1min；

S5：將步驟S4制得的坯體進行自然養(yǎng)護28天或經(jīng)靜停0.5h～3h后蒸汽養(yǎng)護3h～24h，制得所述材料，其中蒸汽養(yǎng)護溫度為70℃～100℃。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣是以鋁硅酸鹽礦物為主要成分的工業(yè)廢渣。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣是指水淬礦渣、水淬錳渣、粉煤灰、鈦渣、鋼渣、磷渣、鉛鋅渣、水淬鎳鐵渣、赤泥中的一種或多種的組合。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的鈣質(zhì)膠凝材料是以氧化鈣、硅酸鈣或鋁酸鈣為主要礦物的材料。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，鈣質(zhì)膠凝材料是指石灰、電石渣、水泥熟料及水泥等以氧化鈣、硅酸鈣、鋁酸鈣中的一種或多種的組合。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的集料是粒徑在0.1～10mm的河砂、機制砂、礦渣顆粒、爐渣顆粒、建筑垃圾再生細集料、各種尾礦中的一種或幾種的組合。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，脫硫石膏、鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣和鈣質(zhì)膠凝材料采用單獨粉磨后混合或者混合后粉磨的方式處理，制得混合粉體，控制混合粉體的比表面積在400m²/kg ~ 800 m²/kg。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，混合粉體與集料按比例混合3～5min制得所述的干混料。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S2，干混料加入水或溶入了激發(fā)劑的水混合3～10 min制得濕混料。

本發(fā)明利用脫硫石膏與鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣耦合制備超高強材料的機理：

（1）根據(jù)材料最緊密堆積原理和水化活性增強原理設(shè)計粉體材料（脫硫石膏、鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣、鈣質(zhì)膠凝材料）與集料最佳配比范圍，與水混合后在較高壓力下（以集料抗壓強度為限）靜壓模壓成型，獲得致密坯體。

（2）經(jīng)過細磨的脫硫石膏在致密坯體孔隙液中發(fā)生溶解和再結(jié)晶反應(yīng)，受到致密坯體孔隙大小和相貌的影響，生成數(shù)量巨大的納米石膏晶須（見圖1），穿插在孔隙中和鋁硅酸鹽礦物的水化產(chǎn)物中，起到了進一步增加致密度和纖維增強作用，極大程度提高了材料強度。

（3）脫硫石膏中的K⁺、Na⁺在堿性環(huán)境中能促進鋁硅酸鹽礦物中硅離子的溶出從而提高鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣活性。石膏中的硫酸根離子、鈣離子與鋁離子生成鈣礬石，既提高了坯體致密度，提高材料強度，又提高了材料的耐水性。

（4）鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣水化產(chǎn)物在堿激發(fā)劑作用下還與硫酸根離子（或石膏）反應(yīng)生成水合硫酸方柱石（(CaO, xNa₂O) [ySiO₂·zAl₂O₃] SO₂·nH₂O），見圖2，使得鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣水化產(chǎn)物與石膏晶體或晶須表面薄弱結(jié)合區(qū)減少，提高了材料的強度和耐水性。

本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比，具有如下有益效果：

（1）強度高，可達70MPa～180MPa，是現(xiàn)有常規(guī)方法制備的石膏基材料強度（10～30MPa）或鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣基材料（10～40MPa）的數(shù)倍，甚至十多倍，實現(xiàn)了此類材料強度突破；

（2）耐水性好，克服了石膏制品耐水性差的致命缺陷；

（3）高效率用了脫硫石膏，將其中有害的K、Na、NH₃、Fe、Ca、Mg 等的水溶性無機鹽或有機物轉(zhuǎn)化為對材料有利物質(zhì)，實現(xiàn)了脫硫石膏和鋁硅酸鹽類工業(yè)廢渣優(yōu)勢互補，耦合利用；

（4）生產(chǎn)工藝簡單，可以通過對現(xiàn)有粉煤灰免燒磚生產(chǎn)線進行簡單改造即可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；

（5）產(chǎn)品品種調(diào)節(jié)容易，以實現(xiàn)功能化。利用本發(fā)明的技術(shù)，可通過變化成型模具方法制備高強建筑磚、高強道路磚、高強透水磚、路沿石、各種裝飾板材等各種高強、高耐久性產(chǎn)品；

（6）本發(fā)明的實施屬于工業(yè)固廢資源化利用采用本發(fā)明的技術(shù)方案，對脫硫石膏等固體廢棄物的利用率可達90%以上，因此，它可以提高固體廢棄物的附加值，真正地實現(xiàn)變廢為寶。

附圖說明

圖1為水化產(chǎn)物特征（晶須增強）圖。

圖2為纖維狀水化產(chǎn)物能譜圖。

圖3為本發(fā)明制備的建筑材料的強度示意圖。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步清楚、完整的說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

實施例1

將比表面積450 m²/kg脫硫石膏400g（40%）、比表面積600 m²/kg礦渣粉300g（30%）、比表面積380 m²/kgP·O42.5水泥50g（5%）和細度模數(shù)為2.4的河砂250g（25%）在混合機中干混3min；然后加入150g水（全部固體物料干基質(zhì)量的15%），水中額外加入1.5g堿性激發(fā)劑（占礦渣粉的0.5%），濕混10min；靜置15min后在40MPa下保壓30s，制得坯體；在混凝土養(yǎng)護室內(nèi)自然養(yǎng)護28天得超高強材料B₁，經(jīng)靜停1h后在80℃下飽和蒸汽養(yǎng)護9h，制得超高強材料B₂，抗壓強度見圖3。

實施例2

將含水率8%脫硫石膏2500g、水淬鎳鐵渣2500g放入500×500mm標準球磨機粉磨58min，制得比表面積624 m²/kg的混合料，取620g混合料（其中干脫硫石膏占總干基物料的29%，水淬鎳鐵渣占總干基物料的32%），與比表面積380 m²/kg P·O42.5水泥60g（占總干基物料的6.2%）和細度模數(shù)為2.4的河砂320g（占總干基物料的32.8%）在混合機中干混4min；然后加入150g的水（加上石膏帶入的水占總干基物料的17.9%），水中額外加入1.8g堿性激發(fā)劑（占水淬鎳鐵渣粉的0.6%），濕混8min；靜置30min后在45MPa下保壓15s，制得坯體；在實驗室（溫度20℃～31℃，相對濕度67%～83%）自然養(yǎng)護28天得超高強材料B₃，經(jīng)靜停1h后在75℃下飽和蒸汽養(yǎng)護12h，制得超高強材料B₄，抗壓強度見圖3。

實施例3

將含水率6%脫硫石膏2800g、水淬錳渣2200g放入500×500mm標準球磨機粉磨67min，制得比表面積650 m²/kg的混合料，取670g混合料（其中干脫硫石膏占總干基物料的36.1%，水淬錳渣占總干基物料的30.1%），與比表面積380 m²/kg P·O42.5水泥90g（占總干基物料的9.2%）和細度模數(shù)為3.2的機制砂240g（占總干基物料的24.6%）在混合機中干混3min；然后加入140g的水（加上石膏帶入的水占總干基物料的16.6%），水中額外加入1.4g堿性激發(fā)劑（占水淬錳渣粉的0.47%），濕混9min；靜置30min后在45MPa下保壓50s，制得坯體；經(jīng)靜停3h后在90℃下飽和蒸汽養(yǎng)護6h，制得超高強材料B₅，抗壓強度見圖3。

實施例4

將含水率0%脫硫石膏2300g、鈦渣2200g和石灰500g放入500×500mm標準球磨機粉磨60min，制得比表面積503 m²/kg的混合料，取700g混合料（其中鈦渣占總干基物料的30.8%、干脫硫石膏占總干基物料的32.2%、石灰占總干基物料的7%），和細度模數(shù)為2.8的砂漿再生集料300g（占總干基物料的30%）在混合機中干混3min；然后加入150g的水（占總干基物料的15%），濕混7min；靜置30min后在43MPa下保壓45s，制得超強材料坯體；經(jīng)靜停2h后在90℃下飽和蒸汽養(yǎng)護6h，制得超高強材料B₆，抗壓強度見圖3。

實施例5

將含水率10%脫硫石膏1670g、粉煤灰6000g放入500×500mm標準球磨機粉磨67min，制得比表面積400m²/kg的混合料，取767g混合料（其中干脫硫石膏占總干基物料的15%，粉煤灰占總干基物料的60%），與比表面積800 m²/kg P·O42.5水泥30g（占總干基物料的3%）和細度模數(shù)為3.2的機制砂220g（占總干基物料的22%）在混合機中干混5min；然后加入103g的水（加上石膏帶入的水占總干基物料的12%），水中額外加入1.2g堿性激發(fā)劑（占粉煤灰的0.2%），濕混3min；靜置2h后在20MPa下保壓1min，制得坯體；經(jīng)靜停0.5h后在70℃下飽和蒸汽養(yǎng)護3h，制得超高強材料B₇。

實施例6

將含水率8%脫硫石膏3260g、鉛鋅渣750g放入500×500mm標準球磨機粉磨58min，制得比表面積624 m²/kg的混合料，取802g混合料（其中干脫硫石膏占總干基物料的60%，鉛鋅渣占總干基物料的15%），與比表面積380 m²/kg P·O42.5水泥50g（占總干基物料的5%）和細度模數(shù)為2.4的河砂100g和機制砂100g（總占總干基物料的20%）在混合機中干混5min；然后加入148g的水（加上石膏帶入的水占總干基物料的20%），水中額外加入2.25g堿性激發(fā)劑（占鉛鋅渣粉的1.5%），濕混10min；靜置30min后在50MPa下保壓15s，制得坯體；在實驗室（溫度20℃～31℃，相對濕度67%～83%）自然養(yǎng)護28天得超高強材料B₈，經(jīng)靜停2h后在100℃下飽和蒸汽養(yǎng)護24h，制得超高強材料B₉。

實施例7

將含水率8%脫硫石膏3260g、鈦渣2300g放入500×500mm標準球磨機粉磨58min，制得比表面積624 m²/kg的混合料，取556g混合料（其中干脫硫石膏占總干基物料的30%，鈦渣占總干基物料的23%），與比表面積380 m²/kg P·O42.5水泥100g和石灰20g（共占總干基物料的12%）和細度模數(shù)為2.4的河砂350g（總干基物料的35%）在混合機中干混4min；然后加入74g的水（加上石膏帶入的水占總干基物料的10%），水中額外加入2.3g堿性激發(fā)劑（占鈦渣粉的1.0%），濕混5min；靜置60min后在30MPa下保壓30s，制得坯體；經(jīng)靜停1h后在75℃下飽和蒸汽養(yǎng)護10h，制得超高強材料B₁₀。

本發(fā)明要求保護的范圍不限于以上具體實施方式，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有多種變形和更改，凡在本發(fā)明的構(gòu)思與原則之內(nèi)所作的任何修改、改進和等同替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。