本发明提供一种镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料及其制备方法，是一种以镍铁渣和矿渣为原材料制备的低水化热胶凝材料及其制备工艺，该胶凝材料消纳了工业废弃物镍铁渣和矿渣，有利于减少固体废弃物堆放造成的环境污染，属于建筑材料领域。
背景技术：
随着我国产镍技术的不断发展，采用火法工艺生产镍铁合金成为主要工艺。在镍铁合金冶炼过程中，会排出大量镍铁渣，产渣量占到原料质量的80%~90%，镍铁渣是我国是继铁渣、钢渣、赤泥之后的第四大工业废弃物。国内冶炼镍铁合金的企业大多将渣堆存、填埋处理，不仅占用了越来越多的土地，还会造成严重的环境破坏。
镍铁渣主要成分为sio2、mgo、fe2o3、cao等。由于镍矿来源和冶炼工艺不同，排放出的镍铁渣各组分含量也不相同，含量最多的是sio2，al2o3和cao含量很低。
粒化高炉矿渣是在高炉冶炼生铁时得到的以硅铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬或空气急冷处理成为粒状颗粒。用高炉冶炼生铁时，除铁矿石和燃料外，还需加入一定数量的助熔剂，当炉温达到1400~1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作工艺因素的影响，矿渣的组成和性质也不同。各种粒化高炉矿渣的化学成分差别较大，即使同一工厂的矿渣，化学成分也不完全一样，通常cao35~46%，sio226~42%，al2o36~20%，mgo4~13%，fe2o30.2~1%，另外还含有少量mn、ti、s等的氧化物。粒化高炉矿渣由于具有潜在水硬性，被广泛用作水泥混合材和混凝土掺合料。
硅酸盐水泥熟料主要是由cao、sio2、al2o3、fe2o3四种氧化物组成，各氧化物含量的波动范围：cao62~67%，sio220~24%，al2o34~7%，fe2o32.5~6.0%。硅酸盐水泥的制备要消耗大量优质石灰石资源和黏土资源，同时排放出co2、so2、nox气体。水泥工业是全球工业co2排放的大户之一，约占总量的5%。研发推广低碳、环保的新品种水泥，逐步减少硅酸盐水泥的用量，不仅是建材行业可持续发展的需要，也是维护可持续发展生态环境的需要。
中国专利cn106477925a公开了一种少熟料水泥，该水泥包括以下质量份的组分：镍铁渣微粉60-80份、粉煤灰5-15份、矿渣3-12份、脱硫石膏3-8份、水泥熟料5-25份、激发剂2-11份、熟石灰1-8份。该少熟料水泥通过粉磨、混合的步骤制备得到，制备方法简单，对技术的要求不高。本发明的少熟料水泥中包含大量的镍铁渣微粉、粉煤灰、矿渣、脱硫石膏工业废弃物，含有的水泥熟料数量较少，大量消耗镍铁渣微粉、粉煤灰等工业废弃物，解决了冶金工业固废排放难题和环境污染问题，而且也为制备水泥材料找到了一种原料来源，降低了生产成本。该专利是将镍铁渣微粉作为水泥混合材使用，通过混合材中活性氧化硅、氧化铝与熟料水化产物ch相、熟石灰水化产物ch相发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而具有胶凝性。但镍铁渣微粉活性较低，主要通过大量的激发剂提高镍铁矿以及矿渣的活性，而大量激发剂（三聚磷酸钠、椰油醇硫酸钠）的引入，容易导致胶凝材料中碱含量过高，增大胶凝材料需水量，应用到混凝土中，会增加减水剂用量，成本提高，且增加混凝土碱集料破坏的风险；大量激发剂和脱硫石膏的引入，水化产物中硫酸盐相、硫铝（铁）酸盐相的增多，增大硫酸盐侵蚀的风险。
技术实现要素：
本发明提供一种镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料及其制备工艺，其实现镍铁渣的高效资源化利用，有效降低硅酸盐水泥的使用量；以镍铁渣、矿渣为原料，制备出的一种可以部分取代硅酸盐水泥的快硬、低水化热胶凝材料，与硅酸盐水泥相比，具有快硬、低水化热、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料，包括如下质量份的各物质：
低温熟料46-49份
石膏0.5-1份，
其中，低温熟料包括如下质量份的各物质：
镍铁渣20-40份
矿渣20-30份
生石灰20-35份
石膏0.3-0.8份
稀释剂0.5-2份
水8-15份；
低温熟料是采用如下步骤制备而成：
步骤一：按配比称取低温熟料中的各原料，将稀释剂加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和石膏，搅拌均匀，经成球盘得到球料，球料直径φ10~φ15mm；
步骤二：将球料在80~95℃下蒸汽养护12~24h；
步骤三：在80~95℃下干燥处理2~4h；
步骤四：然后在700~800℃温度下，煅烧1~4h得到煅烧料；
步骤五：最后对煅烧料进行压缩空气急冷，得到低温熟料。
作为本发明改进的技术方案，镍铁渣为sio2质量百分含量不低于35%、cao质量百分含量不低于35%的水淬渣，并且水淬渣的粒径保证过80μm方孔筛筛余不高于5%。
作为本发明改进的技术方案，矿渣为sio2质量百分含量不低于35%、cao质量百分含量不低于35%、al2o3的质量百分含量不超过10%的粒化高炉矿渣，粒化高炉矿渣的粒径保证过80μm方孔筛筛余不高于5%。
作为本发明改进的技术方案，生石灰细度为过80μm方孔筛筛余不高于5%。
作为本发明改进的技术方案，石膏包括污水石膏、二水石膏、半水石膏中的一种或多种，并且石膏的细度为过80μm方孔筛筛余不高于5%。
作为本发明改进的技术方案，稀释剂为碱性电解质。
作为本发明改进的技术方案，碱性电解质包括苛性钠与纯碱中的一种。
本发明的另一目的是提供一种镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一、称取46-49份的低温熟料与0.5-1份的石膏，将低温熟料与石膏研磨至细度为为过80μm方孔筛筛余不高于10%；
步骤二、在常温下混合低温熟料与石膏，得到镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
有益效果
相对于背景技术中的对比文件，该专利是利用镍铁渣微粉少许活性组分，本申请是利用其作为原料，生产出具有胶凝性的熟料矿物，从而得到熟料。
本发明充分利用镍铁渣和粒化高炉矿渣化学组成上的特点，镍铁渣中sio2含量高，而cao含量少；粒化高炉矿渣sio2、cao含量均较高，以粒化高炉矿渣中较高cao含量来提高镍铁渣-矿渣体系中cao含量。矿渣具有潜在水硬性，镍铁渣的活性较低，为此，采用了机械激发、化学激发和热激发联合方式，破坏[sio4]、[alsio4]聚合度，提高体系中sio2、al2o3的活性，加快蒸养过程和干燥热处理过程中的化学反应速率。
本发明的特点是：（1）固体废弃物利用率高，且是高效资源化利用；（2）搅拌、成球工艺中，加入的稀释剂为碱性电解质，在减少用水量的条件下，保证了搅拌的均匀性、成球的质量，同时，还能在蒸养过程和干燥处理过程中促进[sio4]、[alsio4]解聚，缩短蒸养时间和干燥处理时间，从而降低蒸养过程和干燥处理过程中的能耗；（3）700~800℃煅烧温度下，既保证了胶凝性矿物最大限度的生成，同时还保持了镁橄榄石结构的完整，有利于本发明力学性能和体积安定性满足要求。
与硅酸盐水泥相比，本发明具有快硬、低水化热、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中涉及的各物质均可直接采购或者采用现有技术配比而成。
实施例1
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣40份，80μm方孔筛筛余4.7%的矿渣20份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰35份，80μm方孔筛筛余4.5%的半水石膏（以so3计）0.8份，水15份，苛性钠2份；计量后，将苛性钠加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和半水石膏，搅拌均匀、经成球盘成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在95℃温度下，蒸汽养护12h后，95℃温度下干燥处理2h，800℃温度下煅烧1h，压缩空气急冷。
称量低温熟料46份，半水石膏（以so3计）0.5份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余10%，得到镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝25min，终凝65min；3d抗折强度3.1mpa，3d抗压强度12.5mpa；28d抗折强度5.6mpa，28d抗压强度37.2mpa；安定性合格。
实施例2
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余4.5%的镍铁渣20份，80μm方孔筛筛余5.0%的矿渣20份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰20份，80μm方孔筛筛余5.0%的无水石膏（以so3计）0.3份，水8份，苛性钠0.5份；计量后，将苛性钠加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和无水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在90℃温度下，蒸汽养护16h后，90℃温度下干燥处理3h，800℃温度下煅烧2h，压缩空气急冷。
称量低温熟料49份，无水石膏（以so3计）1份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余8%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝35min，终凝85min；3d抗折强度3.4mpa，3d抗压强度13.7mpa；28d抗折强度5.9mpa，28d抗压强度40.5mpa；安定性合格。
实施例3
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余4.5%的镍铁渣30份，80μm方孔筛筛余5.0%的矿渣20份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰30份，80μm方孔筛筛余4.6%的半水石膏（以so3计）0.6份，水12份，苛性钠1份；计量后，将苛性钠加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和半水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在85℃温度下，蒸汽养护24h后，95℃温度下干燥处理4h，700℃温度下煅烧2h，压缩空气急冷。
称量低温熟料48份，半水石膏（以so3计）0.8份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝45min，终凝105min；3d抗折强度3.9mpa，3d抗压强度14.6mpa；28d抗折强度6.5mpa，28d抗压强度43.1mpa；安定性合格。
实施例4
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5.0%的镍铁渣25份，80μm方孔筛筛余5.0%的矿渣30份，80μm方孔筛筛余5.0%的生石灰30份，80μm方孔筛筛余4.6%的二水石膏（以so3计）0.5份，水15份，纯碱1.5份；计量后，将纯碱加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和二水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在95℃温度下，蒸汽养护14h后，80℃温度下干燥处理3h，700℃温度下煅烧4h，压缩空气急冷。
称量低温熟料47份，二水石膏（以so3计）0.8份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝40min，终凝95min；3d抗折强度4.0mpa，3d抗压强度15.2mpa；28d抗折强度强度6.9mpa，28d抗压强度43.7mpa；安定性合格。
实施例5
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣35份，80μm方孔筛筛余4.5%的矿渣25份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰35份，80μm方孔筛筛余5.0%的二水石膏（以so3计）0.8份，水10份，纯碱2份；计量后，将纯碱加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和二水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在80℃温度下，蒸汽养护24h后，80℃温度下干燥处理3h，750℃温度下煅烧2h，压缩空气急冷。
称量低温熟料48份，二水石膏（以so3计）1份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝45min，终凝125min；3d抗折强度3.1mpa，3d抗压强度12.9mpa；28d抗折强度5.5mpa，28d抗压强度37.6mpa；安定性合格。
实施例6
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣35份，80μm方孔筛筛余4.5%的矿渣25份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰35份，80μm方孔筛筛余5.0%的二水石膏（以so3计）0.4份、80μm方孔筛筛余5.0%的半水石膏（以so3计）0.4份，水10份，纯碱1份、苛性钠1份；计量后，将纯碱加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和二水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在80℃温度下，蒸汽养护24h后，80℃温度下干燥处理3h，750℃温度下煅烧2h，压缩空气急冷。
称量低温熟料48份，二水石膏（以so3计）1份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝45min，终凝125min；3d抗折强度3.1mpa，3d抗压强度12.9mpa；28d抗折强度5.5mpa，28d抗压强度37.6mpa；安定性合格。
对比例1
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣35份，80μm方孔筛筛余4.5%的矿渣25份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰35份，80μm方孔筛筛余5.0%的二水石膏（以so3计）0.4份、80μm方孔筛筛余5.0%的半水石膏（以so3计）0.4份，纯碱1份、苛性钠1份；混合均匀。与本发明实施例5不同的是，只是各物质均匀混合，不经过蒸汽养护、干燥处理、低温煅烧、压缩空气急冷。
称量低温熟料48份，二水石膏（以so3计）1份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝165min，终凝320min；7d抗折强度1.6mpa，7d抗压强度8.3mpa；28d抗折强度2.8mpa，28d抗压强度14.1mpa；安定性合格。
对比例2
低温熟料的制备：以质量份计，80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣35份，80μm方孔筛筛余4.5%的矿渣25份，80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰35份，80μm方孔筛筛余5.0%的二水石膏（以so3计）0.8份，水10份，纯碱2份；计量后，将纯碱加入水中，搅拌至完全溶解，再加入镍铁渣、矿渣、生石灰和二水石膏，搅拌均匀、成球，球料直径φ10~φ15mm；将球料在80℃温度下，蒸汽养护24h后，80℃温度下干燥处理3h。与本发明实施例5不同的是，未经过低温煅烧、压缩空气急冷。
称量低温熟料48份，二水石膏（以so3计）1份，共同粉磨，80μm方孔筛筛余5%，得镍铁渣-矿渣低水化热胶凝材料。
该胶凝材料初凝135min，终凝255min；7d抗折强度2.8mpa，7d抗压强度15.1mpa；28d抗折强度4.0mpa，28d抗压强度19.4mpa；安定性合格。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。