1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物及其制备方法。
背景技术：
2.地质聚合物是采用天然矿物或固体废弃物及人工硅铝化合物为原料，制备的硅氧四面体与硅氧四面体三维网络聚合凝胶体。由于地质聚合物有着独特的三维网状的内部结构，使得地质聚合物具有优良的机械性能和耐火、耐高温、耐酸碱的性能。由于具有利用建筑垃圾和矿物废物作为原料的特点和有代替普通波特兰水泥的广阔应用前景，被用来制作建筑材料、密封固定核反应物材料等高强材料以及一些耐高温的材料，此外还可用作快速修补材料以及工业有毒废渣和核废料的封装等。
3.地质聚合物混凝土多以富含硅铝酸盐类的具有火山灰特性的矿物作为原材料，目前常利用的矿冶废弃物有粉煤灰、煤矸石、冶金渣(炉渣、磷渣、镍铁渣、钢渣等)、矿渣等等，将其加入碱性激发剂进行激活，发生水化反应生成地质聚合物。但使用的碱价格较高，且生成的地质聚合物会出现泛霜现象。
技术实现要素：
4.为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物及其制备方法，其制备成本较低，且所得的地质聚合物强度高，固定重金属离子的效果更强，同时减轻了泛霜现象。
5.为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
7.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿15-35份、偏高岭土35-60份、生石灰2-4份、蒸馏水25-30份、硅酸钠溶液40-70份、硅酸钠固体2-4份、氢氧化钠固体6-10份；
8.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入容器中，搅拌至清澈，冷却后，得到碱性激发剂a；
9.3)将铁尾矿、偏高岭土、生石灰放入研磨装置中研磨，使原料的中值粒径达到1-100um；
10.4)向步骤(3)得到的原料中倒入步骤(2)得到的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机缓慢搅拌3-60分钟，得到地质聚合物浆体b；
11.5)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣30-200次后封模，于室温下保存12-48h，待其凝结后脱模；
12.6)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为15-30℃的水中养护至龄期。
13.基于上述技术方案，进一步地，步骤1)中所述硅酸钠固体的模数为1.03，分子质量为284.22。
14.基于上述技术方案，进一步地，步骤1)中所述硅酸钠溶液的模数为3.1-3.4，20℃
下波美度为39.0-41.0be。
15.基于上述技术方案，进一步地，步骤2)中原料的加入顺序依次为硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠。
16.基于上述技术方案，进一步地，步骤2)中冷却过程中需要避免接触二氧化碳，可用保鲜膜密封容器口。
17.基于上述技术方案，进一步地，步骤3)中所述研磨的作用是对原料进行机械激活。
18.基于上述技术方案，进一步地，步骤3)中研磨至原料的中值粒径达到1-10um。
19.基于上述技术方案，进一步地，步骤4)中搅拌地质聚合物浆体b时，可以清楚地观察到浆体呈现光泽膜状表面，这是由于地质聚合物进行了脱水缩合反应，所以搅拌过程中会有水分析出。
20.基于上述技术方案，进一步地，步骤5)中振捣次数为30-100次，室温下保存时间为24-48h。
21.基于上述技术方案，进一步地，步骤6)中在温度为18-22℃的水中养护至龄期。
22.基于上述技术方案，进一步地，生石灰与水反应产生的高温也可用于激发原材料活性；
23.基于上述技术方案，进一步地，生石灰的掺加为反应体系提供了更多的ca
2+
，可用于合成c-a-s-h凝胶，增加生成的地质聚合物的强度。
24.本发明还保护上述制备方法制得的铁尾矿基地质聚合物。
25.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
26.1.本发明加入的生石灰遇水后可溶出oh-与ca
2+
，可以减少naoh的用量，节约了成本，同时，其反应放出的热量可对原材料进行预活化，配合研磨机械活化，可以使反应发生的更加充分。
27.2.本发明所制备的地质聚合物由于naoh使用量减少，减轻了泛霜现象，且生成的c-a-s-h凝胶在提高产物强度的同时，可以有效固定原料中的重金属离子，防止对环境造成污染，本发明所制备的地质聚合物成品在强度、耐久度方面均优于传统工艺所得产物。
28.3.铁尾矿是选矿工艺排出的主要固体废料，是当今世界可持续发展面临的重要问题之一。尾矿的堆存不仅严重危害环境，还占用了大量的土地资源。更为令人担忧的是，尾矿在堆存时由于其易流动性，随时存在着坍塌的可能，容易对周边植被和人畜造成伤害。另外，尾矿中存在着大量重金属离子，这些离子渗入土壤后会对土壤造成不可逆转的损害。因此，如何安全有效地处理尾矿是目前矿山企业和政府面临的重要难题，本发明提供的以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法解决了当前矿山企业和政府面临的重要难题，本发明中使用的生石灰的主要成分是氧化钙，其与水发生反应后会生成氢氧化钙，溶液呈碱性，可用于替代一部分活化剂中氢氧化钠，且ca
2+
的引入可以使反应体系生成c-a-s-h凝胶，使游离水变为结合水，增加产物的粘度，使其拥有更高的抗压强度，使得尾矿变废为宝。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付
出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
30.实施例1
31.一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
32.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿15份、偏高岭土35份、生石灰2份、蒸馏水25份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)40份、硅酸钠固体2份、氢氧化钠固体6份；
33.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后，得到可使用的碱性激发剂a；
34.3)将铁尾矿、偏高岭土、生石灰放入球磨机中研磨60min，使原料的中值粒径达到5um；
35.4)向步骤(3)得到的原料中倒入配制好的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机缓慢搅拌5分钟，得到地质聚合物浆体b；
36.5)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
37.6)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
38.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达42.8mpa和48.6mpa。
39.实施例2
40.一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
41.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿20份、偏高岭土45份、生石灰2份、蒸馏水27份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)50份、硅酸钠固体2份、氢氧化钠固体8份；
42.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后，得到可使用的碱性激发剂a；
43.3)将铁尾矿、偏高岭土、生石灰放入球磨机中研磨60min，使原料的中值粒径达到4-6um；
44.4)向步骤(3)得到的原料中倒入配制好的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机缓慢搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
45.5)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
46.6)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
47.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达41.5mpa和47.2mpa。
48.实施例3
49.一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
50.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿30份、偏高岭土50份、生石灰3份、蒸馏水28份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)60份、硅酸钠固体3份、氢氧化钠固体10份；
51.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；；
52.3)将铁尾矿、偏高岭土、生石灰放入球磨机中研磨60min，使原料的中值粒径达到4-6um；
53.4)向步骤(3)得到的原料中倒入配制好的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机缓慢搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
54.5)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
55.6)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
56.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达43.2mpa和49.5mpa。
57.实施例4
58.一种以生石灰为添加剂的铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
59.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿35份、偏高岭土60份、生石灰4份、蒸馏水30份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)70份、硅酸钠固体4份、氢氧化钠固体10份；
60.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；；
61.3)将铁尾矿、偏高岭土、生石灰放入球磨机中研磨60min，使原料的中值粒径达到4-6um；
62.4)向步骤(3)得到的原料中倒入配制好的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机缓慢搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
63.5)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
64.6)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
65.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别41.9mpa和49.2mpa。
66.对比例1
67.一种铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
68.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿15份、偏高岭土35份、蒸馏水25份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)42份、硅酸钠固体2份、氢氧化钠固体6份；
69.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；
70.3)将铁尾矿掺偏高岭土放入搅拌锅中并倒入配制好的碱性激发剂a，于水泥净浆搅拌机慢速搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
71.4)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
72.5)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
73.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达30.4mpa和41.2mpa。
74.对比例2
75.一种铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
76.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿20份、偏高岭土45份、蒸馏水27份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)50份、硅酸钠固体2份、氢氧化钠固体8份；
77.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；
78.3)将铁尾矿掺偏高岭土放入搅拌锅中并倒入配制好的碱性激发剂于水泥净浆搅拌机慢速搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
79.4)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝
结后脱模；
80.5)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
81.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达31.2mpa和42.1mpa。
82.对比例3
83.一种铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
84.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿30份、偏高岭土50份、蒸馏水28份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)60份、硅酸钠固体3份、氢氧化钠固体10份；
85.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；
86.3)将铁尾矿掺偏高岭土放入搅拌锅中并倒入配制好的碱性激发剂于水泥净浆搅拌机慢速搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
87.4)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
88.5)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
89.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达32.5mpa和42.5mpa。
90.对比例4
91.一种铁尾矿基地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
92.1)称取以下重量份数原料：铁尾矿35份、偏高岭土60份、蒸馏水30份、硅酸钠溶液(模数为3.1，20℃下波美度为40be)70份、硅酸钠固体4份、氢氧化钠固体10份；
93.2)将硅酸钠溶液、蒸馏水、硅酸钠固体、氢氧化钠固体加入烧杯，用玻璃棒搅拌至清澈，于室温冷却8h后得到可使用的碱性激发剂a；
94.3)将铁尾矿掺偏高岭土放入搅拌锅中并倒入配制好的碱性激发剂于水泥净浆搅拌机慢速搅拌约5分钟，得到地质聚合物浆体b；
95.4)将地质聚合物浆体b注入模具中振捣约60次后封模，于室温下保存24h，待其凝结后脱模；
96.5)将脱模后得到的地质聚合物放入密封袋，在温度为20
±
2度的水中养护至龄期。
97.所得地质聚合物的7d、28d抗压强度分别可达33.4mpa和43.4mpa。
98.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。