本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种固态危废基矿物掺合料及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济建设与工业化的快速发展，每年产生大量的工业废弃物，如废渣、废水与废气，尤其是含有重金属或其他有毒组份的危险废弃物，更是对人类健康与生存环境构成威胁。
水晶制品加工过程中产生大量含有金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物的加工废水，经沉淀过滤后所形成污泥就是水晶污泥。水泥污泥中的重金属主要是as、cr、ni与zn，其中as、cr含量最多，as含量在500mg/kg左右，cr含量在700mg/kg左右，并且as具有极强的生态危害。生产企业为追求利润，牺牲环境，随意倾倒，严重污染土壤、水，重金属离子富集，最终危害人体健康。净水剂生产工艺是将铝土矿经过高温煅烧后，加入酸反应制备得到的。每生产1吨净水剂，大概产生2.3吨左右的废渣，而这些净水剂废渣处理方法大多是进行堆存或填埋处理。采煤过程中采用的伴生物煤矸石更是堆积如山。显然，这些固态危废物无论是未经处理就直接排放到水中、堆积到路边，或者简单粉磨直接作为低品位建材，都不可必避造成生态环境破坏。因此，研发一种无毒化处置技术，生产矿物掺合料，实现固态危废物资源化利用，具有十分重要的社会效益与生态效益。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术各种缺陷和不足，提供一种将固态危废物中的重金属离子无毒化处理，同时提高该矿物掺合料的活性与微膨胀特性，从而更加适于使用的固态危废基矿物掺合料及其制备方法。
本发明的具体技术方案是：一种固态危废基矿物掺合料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：30～48％
净水剂废渣：30～40％
煤矸石：10～20％
电石泥渣：5～10％
废石膏：3～5％
活性激发剂：2～4％。
优选的，水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物，以0.4～0.6mpa压滤20～25min脱水，使其含水率≤20％，其中sio2重量比≥45％，al2o3重量比≥15％。
优选的，净水剂废渣为三水铝石、铝矾土、高岭土制备聚合氯化铝净水剂产生的废渣，以0.5～0.7mpa压滤25～30min脱水，使其含水率≤20％，其中sio2重量比≥5％，al2o3重量比≥32％，cao重量比≥18％。
优选的，煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其中碳重量比≥25％，其作用在于，一方面，煤矸石中的碳在缺氧条件下形成一氧化碳，可以还原水晶污泥中的重金属as与cr，使其无毒化。另一方面，煤矸石中的sio2与al2o3在高温煅烧过程中活性得到充分激发，可以提高矿物掺合料的活性。
优选的，电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率≤10％，其中ca(oh)2重量比≥85％，其作用在于电石泥渣中的ca(oh)2在高温煅烧下分解生成cao，矿物掺合料使用时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
优选的，废石膏为废模具石膏、脱硫石膏或氟石膏中的一种，其中so3重量比≥40％，其作用在于与活性al2o3反应生成钙矾石，起到早强和微膨胀作用，增加水泥基材料体积稳定性。
优选的，活性激发剂为铝加工行业废煲模溶液蒸发后留下的残渣，其中naoh重量比≥90％，其作用于激发掺合料的活性，加快水化速度。
采用上述的固态危废基矿物掺合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)烘干脱水：利用冷却机余热对水晶污泥、净水剂废渣进行烘干脱水处理，使得水晶污泥、净水剂废渣含水率≤1.0％；
(2)无毒化处理：将水晶污泥、净水剂废渣、煤矸石和电石泥渣混合均匀，置于煅烧炉中煅烧，煅烧温度为700～800℃，煅烧时间40-60min，得到的烧结料经冷却机风冷后待用，煅烧炉中的尾气冷却后采用布袋收尘器处理；
煅烧炉高温煅烧作用有以下三方面：
1)煤矸石中的碳形成还原气氛，起到解毒作用。水晶污泥中的重金属cr，如果其以cr6+形式存在，那么在还原气氛下可以还原为无毒的cr3+；同时，水晶污泥中的重金属as在高温还原气氛下，以气态形式逸出，经煅烧炉尾气氧化成为稳态无毒的as2o3；
2)水晶污泥、净水剂废渣与煤矸石中的sio2、al2o3活性得到增强；
3)电石泥渣中的主要成分ca(oh)2分解生成cao。当固态危废基矿物掺合料应用于水泥混凝土中时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
(3)粉磨：将烧结料、废石膏与活性激发剂一起加入球磨机内粉磨，球磨机的研磨体为钢球与钢锻，其质量比为2：1，粉磨细度为45μm筛余≤1.0％，d50≤5μm，制备得到固态危废基矿物掺合料。
本发明由于采用了以上的技术方案，具有下列优点：
1)本发明利用煤矸石中的碳在煅烧炉中所形成的还原气氛，将水晶污泥中的重金属cr还原为无毒的cr3+，as以气态形式逸出后再氧化成稳态无毒的as2o3，从而实现固态危废物的无毒化。
2)高温煅烧在显著激发水晶污泥、净水剂废渣与煤矸石中的sio2、al2o3活性的同时，将电石泥渣中的ca(oh)2分解生成cao，使掺合料具有微膨胀特性。
3)废石膏、电石泥渣与活性激发剂协同作用，显著提高掺合料的活性。
4)本发明充分利用多种固态危废物的潜在特性，制备出无毒性的固态危废物基矿物掺合料，在减少危废物对环境污染破坏的前提下，实现固态危废弃物资源化再利用，具有较好的社会效益、生态效益与经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的固态危废基矿物掺合料及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
一种固态危废基矿物掺合料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：30％
净水剂废渣：40％
煤矸石：15％
电石泥渣：10％
废石膏：3％
活性激发剂：2％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物，以0.4mpa压滤25min脱水，使其含水率为18％，其中sio2重量比为47％，al2o3重量比为18％。
净水剂废渣为三水铝石土制备聚合氯化铝净水剂产生的废渣，以0.5mpa压滤30min脱水，使其含水率为16％，其中sio2重量比为9％，al2o3重量比为34％，cao重量比为21％。
煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其中碳重量比为27％，其作用在于，一方面，煤矸石中的碳在缺氧条件下形成一氧化碳，可以还原水晶污泥中的重金属as与cr，使其无毒化。另一方面，煤矸石中的sio2与al2o3在高温煅烧过程中活性得到充分激发，可以提高矿物掺合料的活性。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率为8％，其中ca(oh)2重量比为87％，其作用在于电石泥渣中的ca(oh)2在高温煅烧下分解生成cao，矿物掺合料使用时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
废石膏为废模具石膏，其中so3重量比为45％，其作用在于与活性al2o3反应生产钙矾石，起到早强和微膨胀作用，增加水泥基材料体积稳定性。
活性激发剂为铝加工行业废煲模溶液蒸发后留下的残渣，其中naoh重量比90％，其作用于激发掺合料的活性，加快水化速度。
采用上述的固态危废基矿物掺合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)烘干脱水：利用冷却机余热对水晶污泥、净水剂废渣进行烘干脱水处理，使得水晶污泥、净水剂废渣含水率为0.3％；
(2)无毒化处理：将水晶污泥、净水剂废渣、煤矸石和电石泥渣混合均匀，置于煅烧炉中煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为60min，得到的烧结料经冷却机风冷后待用，煅烧炉中的尾气冷却后采用布袋收尘器处理；
煅烧炉高温煅烧作用有以下三方面：
1)煤矸石中的碳形成还原气氛，起到解毒作用。水晶污泥中的重金属cr，如果其以cr6+形式存在，那么在还原气氛下可以还原为无毒的cr3+；同时，水晶污泥中的重金属as在高温还原气氛下，以气态形式逸出，经煅烧炉尾气氧化成为稳态无毒的as2o3；
2)水晶污泥、净水剂废渣与煤矸石中的sio2、al2o3活性得到增强；
3)电石泥渣中的主要成分ca(oh)2分解生成cao。当固态危废基矿物掺合料应用于水泥混凝土中时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
(3)粉磨：将烧结料、废石膏与活性激发剂一起加入球磨机内粉磨，球磨机的研磨体为钢球与钢锻，其质量比为2：1，粉磨细度为45μm筛余为0.2％，d50为4.2μm，制备得到固态危废基矿物掺合料。
依据gb/t51003《矿物掺合物应用技术规范》进行性能测试，固态危废基矿物掺合料等量替代30％水泥，7d活性指数为75％，28d活性指数95％。参照jcj/t313《膨胀水泥膨胀率试验方法》进行测试，28d膨胀率为0.36％。参照gb/t176《水泥化学分析方法》进行测试，掺合料中重金属as含量为0.047mg/kg，cr6+含量为0。
实施例2
一种固态危废基矿物掺合料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：48％
净水剂废渣：30％
煤矸石：10％
电石泥渣：5％
废石膏：4％
活性激发剂：3％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物，以0.6mpa压滤20min脱水，使其含水率为15％，其中sio2重量比为50％，al2o3重量比为18％。
净水剂废渣为铝矾土制备聚合氯化铝净水剂产生的废渣，以0.7mpa压滤25min脱水，使其含水率为14％，其中sio2重量比为11％，al2o3重量比为38％，cao重量比为18％。
煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其中碳重量比为29％，其作用在于，一方面，煤矸石中的碳在缺氧条件下形成一氧化碳，可以还原水晶污泥中的重金属as与cr，使其无毒化。另一方面，煤矸石中的sio2与al2o3在高温煅烧过程中活性得到充分激发，可以提高矿物掺合料的活性。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率为6％，其中ca(oh)2重量比为90％，其作用在于电石泥渣中的ca(oh)2在高温煅烧下分解生成cao，矿物掺合料使用时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
废石膏为脱硫石膏，其中so3重量比为43％，其作用在于与活性al2o3反应生产钙矾石，起到早强和微膨胀作用，增加水泥基材料体积稳定性。
活性激发剂为铝加工行业废煲模溶液蒸发后留下的残渣，其中naoh重量比为92％，其作用于激发掺合料的活性，加快水化速度。
采用上述的固态危废基矿物掺合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)烘干脱水：利用冷却机余热对水晶污泥、净水剂废渣进行烘干脱水处理，使得水晶污泥、净水剂废渣含水率为0.5％；
(2)无毒化处理：将水晶污泥、净水剂废渣、煤矸石和电石泥渣混合均匀，置于煅烧炉中煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为40min，得到的烧结料经冷却机风冷后待用，煅烧炉中的尾气冷却后采用布袋收尘器处理；
煅烧炉高温煅烧作用有以下三方面：
1)煤矸石中的碳形成还原气氛，起到解毒作用。水晶污泥中的重金属cr，如果其以cr6+形式存在，那么在还原气氛下可以还原为无毒的cr3+；同时，水晶污泥中的重金属as在高温还原气氛下，以气态形式逸出，经煅烧炉尾气氧化成为稳态无毒的as2o3；
2)水晶污泥、净水剂废渣与煤矸石中的sio2、al2o3活性得到增强；
3)电石泥渣中的主要成分ca(oh)2分解生成cao。当固态危废基矿物掺合料应用于水泥混凝土中时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用；
(3)粉磨：将烧结料、废石膏与活性激发剂一起加入球磨机内粉磨，球磨机的研磨体为钢球与钢锻，其质量比为2：1，粉磨细度为45μm筛余为0，d50为3.8μm，制备得到固态危废基矿物掺合料。
依据gb/t51003《矿物掺合物应用技术规范》进行性能测试，固态危废基矿物掺合料等量替代30％水泥，7d活性指数为72％，28d活性指数为90％。参照jcj/t313《膨胀水泥膨胀率试验方法》进行测试，28d膨胀率为0.21％。参照gb/t176《水泥化学分析方法》进行测试，掺合料中重金属as含量为0.042mg/kg，cr6+含量为0。
实施例3
一种固态危废基矿物掺合料，按质量百分比计包括如下物质：
水晶污泥：40％
净水剂废渣：35％
煤矸石：12％
电石泥渣：7％
废石膏：3％
活性激发剂：3％。
水晶污泥为水晶制品加工过程中产生的金刚砂、抛光粉、玻璃粉等混合物，以0.5mpa压滤23min脱水，使其含水率为14％，其中sio2重量比为53％，al2o3重量比为15％。
净水剂废渣为高岭土制备聚合氯化铝净水剂产生的废渣，以0.6mpa压滤27min脱水，使其含水率为16％，其中sio2重量比为10％，al2o3重量比为32％，cao重量比为20％。
煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，其中碳重量比为30％，其作用在于，一方面，煤矸石中的碳在缺氧条件下形成一氧化碳，可以还原水晶污泥中的重金属as与cr，使其无毒化。另一方面，煤矸石中的sio2与al2o3在高温煅烧过程中活性得到充分激发，可以提高矿物掺合料的活性。
电石泥渣为电石水解获取乙炔气后产生的废渣，含水率为10％，其中ca(oh)2重量比为85％，其作用在于电石泥渣中的ca(oh)2在高温煅烧下分解生成cao，矿物掺合料使用时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用。
废石膏为氟石膏，其中so3重量比为40％，其作用在于与活性al2o3反应生产钙矾石，起到早强和微膨胀作用，增加水泥基材料体积稳定性。
活性激发剂为铝加工行业废煲模溶液蒸发后留下的残渣，其中naoh重量比为92％，其作用于激发掺合料的活性，加快水化速度。
采用上述的固态危废基矿物掺合料的制备方法，包括如下步骤：
(1)烘干脱水：利用冷却机余热对水晶污泥、净水剂废渣进行烘干脱水处理，使得水晶污泥、净水剂废渣含水率为0.2％；
(2)无毒化处理：将水晶污泥、净水剂废渣、煤矸石和电石泥渣混合均匀，置于煅烧炉中煅烧，煅烧温度为750℃，煅烧时间为50min，得到的烧结料经冷却机风冷后待用，煅烧炉中的尾气冷却后采用布袋收尘器处理；
煅烧炉高温煅烧作用有以下三方面：
1)煤矸石中的碳形成还原气氛，起到解毒作用。水晶污泥中的重金属cr，如果其以cr6+形式存在，那么在还原气氛下可以还原为无毒的cr3+；同时，水晶污泥中的重金属as在高温还原气氛下，以气态形式逸出，经煅烧炉尾气氧化成为稳态无毒的as2o3；
2)水晶污泥、净水剂废渣与煤矸石中的sio2、al2o3活性得到增强；
3)电石泥渣中的主要成分ca(oh)2分解生成cao。当固态危废基矿物掺合料应用于水泥混凝土中时，cao与水发生反应生成膨胀性产物ca(oh)2，产生微膨胀，除了可以补偿水泥基材料收缩外，还可以参与二次水化反应，起到增加活性的作用；
(3)粉磨：将烧结料、废石膏与活性激发剂一起加入球磨机内粉磨，球磨机的研磨体为钢球与钢锻，其质量比为2：1，粉磨细度为45μm筛余为0.1％，d50为4.8μm，制备得到固态危废基矿物掺合料。
依据gb/t51003《矿物掺合物应用技术规范》进行性能测试，固态危废基矿物掺合料等量替代30％水泥，7d活性指数72％，28d活性指数90％。参照jcj/t313《膨胀水泥膨胀率试验方法》进行测试，28d膨胀率0.30％。参照gb/t176《水泥化学分析方法》进行测试，掺合料中重金属as含量为0.045mg/kg，cr6+含量为0。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。