1.本发明涉及一种新型水泥的制备方法及其产品，尤其涉及一种硫铝镁酸盐水泥的制备方法及其产品，属于工程技术领域。
背景技术：
2.在通过硫锌矿生产金属锌过程中，每生产1吨金属锌伴随产生0.7～0.9吨的锌浸出渣(高硫渣)。目前，在我国，锌冶炼行业每年产生的高硫渣约为60万吨。高硫渣中硫以多种形式存在，包括单质硫、硫化物、硫酸盐等，含量通常高达40％～50％。同时，高硫渣中含有多种价金属元素。若高硫渣随意堆放，不进行有效处理，将对环境造成威胁。
3.目前，在以硼镁矿为原料制备硼砂过程中会产生大量的硼泥废渣。碳碱法制备硼砂的过程中，每生产1吨硼砂就会产生4～5吨的硼泥。硼泥呈碱性(ph＝8～10)，颗粒较细，大量露天堆积会对环境造成一定影响。硼泥高效资源化是实现硼泥有效减量化的最好途径。当前硼泥的资源化利用整体规模较小，产品种类较少，且大部分研究还限于小试规模。大规模利用硼泥的新技术研发是解决当前硼泥资源化过程所遇到问题的关键。
4.氧化铝生产过程会产生大量的赤泥(工业废渣)，目前全球每年增加1.7亿吨赤泥，总堆存量已经达到42亿吨。赤泥含盐量高且碱性强，无序堆放易扰乱生态平衡，造成环境污染。目前，赤泥处置主要包括无害化处理和二次资源有效开发两个方面，但是赤泥的物化特征制约了其综合利用过程。目前赤泥全球利用率不足10％，针对赤泥的处置，尚未有经济有效的大规模综合利用技术。
5.在传统资源化利用技术中，高硫渣、硼泥、赤泥通常被作为水泥掺合料被单独加入到水泥中以强化水泥水化胶凝反应，而将高硫渣、硼泥、赤泥作为原料(前驱体)制备新型水泥的研究较少。
技术实现要素：
6.发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种制备硫铝镁酸盐水泥的方法，所述方法制备过程简单，所用原料种类少，仅包括硼泥、赤泥、高硫渣、石灰石粉末、石膏，通过耦合多重活化机制，制备高强度硫铝镁酸盐水泥。
7.本发明还要解决的技术问题是提供一种由所述方法制得的硫铝镁酸盐水泥，所述硫铝镁酸盐水泥的最高抗压强度可达68.94mpa。
8.技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
9.本发明提供了一种制备硫铝镁酸盐水泥的方法，包括以下步骤：
10.1)将干燥的高硫渣粉末、赤泥粉末、硼泥粉末混合，得到前驱活性材料；
11.2)将水和前驱活性材料混合，搅拌，得到前驱活性浆；
12.3)将前驱活性浆导入电解槽阳极室，电解槽阴极室加水，接通电源，混合电解槽阳极室和阴极室内的材料，搅拌均匀，烘干，磨粉，得到电解强化材料；
13.4)将石灰石粉末、石膏和电解强化材料混合，搅拌，活化，得到硫铝镁酸盐水泥。
14.其中，步骤1)中高硫渣粉末、赤泥粉末、硼泥粉末质量比为15～45:30～90:100。
15.优选地，当步骤1)中高硫渣粉末、赤泥粉末、硼泥粉末质量比为45:90:100时，硫铝镁酸盐水泥的强度最高，即60.42mpa。
16.其中，步骤2)中水和前驱活性材料的体积和质量比为0.5～1.5:1ml/g。
17.其中，步骤3)中前驱活性浆和水的体积比为0.25～4:75:1。
18.其中，步骤3)中电压为20～100v。
19.其中，步骤3)中直流电流为200～2000a。
20.其中，步骤3)中接通电源的时间为2～12h。
21.优选地，当步骤3)中接通电源的时间为12h时，硫铝镁酸盐水泥的强度最高，即64.92mpa。
22.其中，步骤4)中石灰石粉末、石膏和电解强化材料的质量比为50～90:20～40:100。
23.优选地，当石灰石粉末、石膏和电解强化材料的质量比为90:40:100时，硫铝镁酸盐水泥的强度最高，即68.94mpa。
24.其中，步骤4)中活化温度为950～1250℃，活化时间为1～3h。
25.本发明还提供由所述方法制备的硫铝镁酸盐水泥。
26.反应机理：启动电源后，阳极表面水解生成的氢离子可使得碳酸盐转化为二氧化碳并促进前驱活性浆中镁离子、钙离子、铝离子、铁离子释放到阳极液中，并通过电迁移作用转移至电解槽阴极液。转移至电解槽阴极液镁离子、钙离子、铝离子、铁离子与阴极表面水解生成的氢氧根离子反应生成氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化铁沉淀。将阳极室浆液和阴极室电解浆液混合，搅拌及烘干过程中阴极电解浆液中的氢氧根可活化阳极室浆液硅基材料和其它酸不溶性矿物。将石灰石粉末、石膏、电解强化材料混合后，高温环境下氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化铁沉淀热分解转化为氧化镁、氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁、铝酸三钙、铝酸四钙、铝酸铁镁盐等物质；硫化物被氧化并释放大量硫酸根；同时混合料中的氢氧根进一步激发硅基材料和其它酸不溶性矿物分子结构断裂形成高活性单体；高活性单体与氧化镁、氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁、铝酸三钙、铝酸四钙、铝酸铁镁盐、硫酸根、硫酸钙等物质进一步反应生成高强度硫铝镁酸盐水泥。
27.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
28.本发明的制备过程简单，所用原料种类少，仅包括硼泥、赤泥、高硫渣、石灰石粉末、石膏，通过耦合多重活化机制，制备高强度硫铝镁酸盐水泥。本发明的制备方法不仅可以为快速消纳高硫渣、硼泥、赤泥并解决高硫渣、硼泥、赤泥带来的环境危害提供技术借鉴，而且也拓展了新型水泥材料的研发思路。本发明为协同处置硼泥、赤泥、高硫渣提供了一种可借鉴思路，所制备的高强度硫铝镁酸盐水泥最高抗压强度可达68.94mpa，高于传统低碱度硫铝酸盐水泥最高强度等级，达到快硬硫铝酸盐水泥62.5强度等级。
附图说明
29.图1为本发明处理方法的流程图。
具体实施方式
30.下面对本发明的技术方案作进一步说明。
31.原料来源及成分说明：高硫渣取自贵阳某铅锌冶炼厂，含量最高的硫、氧、锌、硅、钙含量分别为47.64％、32.08％、5.19％、4.07％、2.94％。赤泥由山东淄博某铝业公司提供，主要包括40.1％fe2o3、26.2％al2o3、13.5％sio2、11.5％na2o、6.42％tio2及其他成分。硼泥样品取自马鞍山某化工建材厂，主要包括42.94％mgo、30.76％sio2、1.36％b2o3、12.37％tfe、2.97％cao、4.06％al2o3及其他成分。
32.实施例1探究高硫渣、赤泥、硼泥质量比对硫铝镁酸盐水泥性能的影响
33.1、制备：按照高硫渣、赤泥、硼泥质量比15:15:100、15:20:100、15:25:100、7.5:30:100、10:30:100、12.5:30:100、15:30:100、30:30:100、45:30:100、15:60:100、30:60:100、45:60:100、15:90:100、30:60:100、45:90:100、50:90:100、55:90:100、60:90:100、45:95:100、45:100:100、45:105:100分别称取高硫渣、赤泥、硼泥，混合，烘干，磨粉，得到前驱活性材料。按照水固比0.5:1ml/g混合水和前驱活性材料，搅拌均匀，得到前驱活性浆。将前驱活性浆导入电解槽阳极室，电解槽阴极室加水，接通电源2小时，阴极室得到电解浆液，阳极室得到电解后的浆液，然后混合阳极室电解后的浆液和阴极室电解浆液，搅拌均匀，烘干，磨粉，得到电解强化材料，其中前驱活性浆和水的体积比为0.25:1，电压设置为稳压20v，直流电流设置为200a。按照石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比50:20:100分别称取石灰石粉末、石膏、电解强化材料，混合，搅拌均匀，在950℃条件下活化1小时，得到一种利用硼泥、赤泥和高硫渣制备新型硫铝镁酸盐水泥。
34.2、性能测试：将本发明的硫铝镁酸盐水泥制成受检胶砂，其中所掺沙选取《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》gb/t 17671-1999规定的iso标准沙，水选取采用自来水。胶砂的制备、试件的制备、试件的养护、28d试件抗压强度的测量均依据《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》gb/t 17671-1999标准执行。本实施例试验结果见表1。
35.表1
[0036][0037][0038]
由表1可知，当高硫渣、赤泥、硼泥质量比小于15:30:100(如表1中，高硫渣、赤泥、硼泥质量比＝12.5:30:100、10:30:100、7.5:30:100、15:25:100、15:20:100、15:15:100时以及表1中未列举的更低比值)时，高硫渣和赤泥掺量较少，反应过程中高活性物质供应受限，导致所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度随着高硫渣、赤泥、硼泥质量比减小显著降低。当高硫渣、赤泥、硼泥质量比在15～45:30～90:100之间(如表1中，高硫渣、赤泥、硼泥质量比＝15:30:100、30:30:100、45:30:100、15:60:100、30:60:100、45:60:100、15:90:100、30:60:100、45:90:100)时，启动电源后，阳极表面水解生成的氢离子可使得碳酸盐转化为
二氧化碳并促进前驱活性浆中镁离子、钙离子、铝离子、铁离子释放到阳极液中，并通过电迁移作用转移至电解槽阴极液。转移至电解槽阴极液镁离子、钙离子、铝离子、铁离子与阴极表面水解生成的氢氧根离子反应生成氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化铁沉淀。在将阳极室浆液和阴极室电解浆液混合、搅拌及烘干过程中，阴极电解浆液中的氢氧根可活化阳极室浆液硅基材料和其它酸不溶性矿物。最终，所制备的硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度均大于52mpa。当高硫渣、赤泥、硼泥质量比大于45:90:100(如表1中，高硫渣、赤泥、硼泥质量比＝50:90:100、55:90:100、60:90:100、45:95:100、45:100:100、45:105:100以及表1中未列举的更高比值)时，高硫渣和赤泥掺量过多，物料匹配不均衡，导致所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度随着高硫渣、赤泥、硼泥质量比进一步增加而显著降低。
[0039]
因此，综合而言，结合效率与成本，当高硫渣、赤泥、硼泥质量比为15～45:30～90:100时，最有利于提高所制备的硫铝镁酸盐水泥性能。
[0040]
实施例2探究接通电源的时间对硫铝镁酸盐水泥性能的影响
[0041]
按照高硫渣、赤泥、硼泥质量比45:90:100分别称取高硫渣、赤泥、硼泥，混合，烘干，磨粉，得到前驱活性材料。按照水固比1:1ml/g混合水和前驱活性材料，搅拌均匀，得到前驱活性浆。将前驱活性浆导入电解槽阳极室，电解槽阴极室加水，接通电源0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、7小时、12小时、13小时、14小时、15小时进行电解，阴极室得到电解浆液，阳极室得到电解后的浆液，然后混合阳极室电解后的浆液和阴极室电解浆液，搅拌均匀，烘干，磨粉，得到电解强化材料，其中前驱活性浆和水的体积比为2.5:1，电压设置为稳压60v，直流电流设置为1100a。按照石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比70:30:100分别称取石灰石粉末、石膏、电解强化材料，混合，搅拌均匀，在1100℃温度条件下活化2小时，得到一种利用硼泥、赤泥和高硫渣制备新型硫铝镁酸盐水泥。用实施例1的方法进行硫铝镁酸盐水泥性能测试，本实施例试验结果见表2。
[0042]
表2
[0043]
接通电源时间单轴抗压强度(mpa)误差百分比0.5小时35.64
±
0.2％1小时44.75
±
0.1％1.5小时53.14
±
0.2％2小时60.78
±
0.1％7小时63.73
±
0.1％12小时64.92
±
0.1％13小时58.21
±
0.1％14小时52.05
±
0.1％15小时43.92
±
0.2％
[0044]
由表2可知，当接通电源时间小于2小时(如表2中，接通电源时间＝1.5小时、1小时、0.5小时时以及表1中未列举的更低值)，电解时间不足，水解及电迁移均不充分，物料间反应效果差，导致所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度随着接通电源时间减小显著降低。当接通电源时间等于2～12小时(如表2中，接通电源时间＝2小时、7小时、12小时时)，启动电源后，阳极表面水解生成的氢离子可使得碳酸盐转化为二氧化碳并促进前驱活性浆中镁离子、钙离子、铝离子、铁离子释放到阳极液中，并通过电迁移作用转移至电解槽阴极液。转
移至电解槽阴极液镁离子、钙离子、铝离子、铁离子与阴极表面水解生成的氢氧根离子反应生成氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化铁沉淀。将阳极室浆液和阴极室电解浆液混合，搅拌及烘干过程中阴极电解浆液中的氢氧根可活化阳极室浆液硅基材料和其它酸不溶性矿物。最终，所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度均大于60mpa。当接通电源时间大于12小时(如表2中，接通电源时间＝13小时、14小时、15小时时以及表1中未列举的更高值)，通电时间过长，水解及电迁移过渡，氢氧根与氢离子重新结合，导致所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度随着接通电源时间进一步增加而显著降低。
[0045]
因此，综合而言，结合效率与成本，当接通电源时间等于2～12小时，最有利于提高所制备硫铝镁酸盐水泥性能。
[0046]
实施例3探究石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比对硫铝镁酸盐水泥性能的影响
[0047]
按照高硫渣、赤泥、硼泥质量比45:90:100分别称取高硫渣、赤泥、硼泥，混合，烘干，磨粉，得到前驱活性材料。按照水固比1.5:1ml/g混合水和前驱活性材料，搅拌均匀，得到前驱活性浆。将前驱活性浆导入电解槽阳极室，电解槽阴极室加水，接通电源12小时，阴极室得到电解浆液，阳极室得到电解后的浆液，然后混合阳极室电解后的浆液和阴极室电解浆液，搅拌均匀，烘干，磨粉，得到电解强化材料，其中前驱活性浆和水的体积比为4.75:1，电压设置为稳压100v，直流电流设置为2000a。按照石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比50:5:100、50:10:100、50:15:100、35:20:100、40:20:100、45:20:100、50:20:100、70:20:100、90:20:100、50:30:100、70:30:100、90:30:100、50:40:100、70:40:100、90:40:100、95:40:100、100:40:100、105:40:100、90:45:100、90:50:100、90:55:100分别称取石灰石粉末、石膏、电解强化材料，混合，搅拌均匀，在1250℃温度条件下活化3小时，得到一种利用硼泥、赤泥和高硫渣制备新型硫铝镁酸盐水泥。性能测试方法同实施例1，本实施例试验结果见表3。
[0048]
表3
[0049]
[0050][0051]
由表3可知，当石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比小于50:20:100(如表3中，石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比＝45:20:100、40:20:100、35:20:100、50:15:100、50:10:100、50:5:100时以及表3中未列举的更低比值)，石灰石粉末和石膏掺量较少，反应不充分，导致所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度随着石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比减小显著降低。当石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比等于50～90:20～40:100(如表3中，石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比＝50:20:100、70:20:100、90:20:100、50:30:100、70:30:100、90:30:100、50:40:100、70:40:100、90:40:100)，将石灰石粉末、石膏、电解强化材料混合后，高温环境下氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化铁沉淀热分解转化为氧化镁、氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁、铝酸三钙、铝酸四钙、铝酸铁镁盐等物质；硫化物被氧化并释放大量硫酸根；同时混合料中的氢氧根进一步激发硅基材料和其它酸不溶性矿物分子结构断裂形成高活性单体；高活性单体与氧化镁、氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁、铝酸三钙、铝酸四钙、铝酸铁镁盐、硫酸根、硫酸钙等物质进一步反应生成高强度硫铝镁酸盐水泥。最终，所制备硫铝镁酸盐水泥单轴抗压强度均大于64mpa。当石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比大于90:40:100(如表3中，石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比＝95:40:100、100:40:100、105:40:100、90:45:100、90:50:100、90:55:100时以及表3中未列举的更高比值)，石灰石粉末和石膏掺量过多，物料匹配不均衡，导致所制备硫铝镁酸盐
水泥单轴抗压强度随着石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比进一步增加而显著降低。
[0052]
因此，综合而言，结合效率与成本，当石灰石粉末、石膏、电解强化材料质量比等于50～90:20～40:100，最有利于提高所制备硫铝镁酸盐水泥性能。