具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的硅酸镁胶凝材料及其制备方法和应用。

需要说明的是，“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。目数前加正负号表示能否漏过该目数的网孔，负数表示能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸小于网孔尺寸，正数表示不能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸大于网格尺寸。

目前国内以硅酸镁为代表的镁质胶凝材料具有优良的使用性能，但其制备原料的市场价格较高，同时生产这些原料也需要大量的能耗，不符合绿色环保理念。

与此同时，国内含蛇纹石矿物固废大量堆积，对环境带来了严重影响和危害，而蛇纹石矿物是重要的硅酸镁胶凝材料的原料，大量堆积的同时，不但占用大量的土地资源，而且还造成资源的闲置浪费。

为改变以上现状，本发明提供了一种以蛇纹石矿物为主体组分的原料制备硅酸镁胶凝材料的方法，以实现多种固体废物的资源化利用的同时获得新型硅酸镁胶凝材料。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种硅酸镁胶凝材料的制备方法。

在本发明的硅酸镁胶凝材料的制备方法的一个示例性实施例中，一种硅酸镁胶凝材料的制备方法可包括以下步骤：

(1)按第一预定质量比混合含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料，经预处理后获得第一粉粒体，第一辅料为碳酸盐矿物和碳酸盐矿物尾渣中的至少一种。

含有蛇纹石矿物的原料主要含有蛇纹石矿物组分，可包括蛇纹岩、蛇纹石选矿尾渣、温石棉选矿尾矿、超基性岩型金属矿产选矿尾渣中的至少一种。

所述第一辅料可包括碳酸盐矿物和碳酸盐矿物尾渣中的至少一种，碳酸盐矿物对应尾渣是选矿、生产过程中产生的尾渣、边角料等。碳酸盐矿物包括含钙或含镁的碳酸盐矿物。

进一步地，第一辅料可包括石灰岩、石灰岩尾渣、大理石、大理石尾渣、白云岩、白云岩尾渣、菱镁矿和菱镁矿尾渣中的两种或两种以上。

第一粉粒体中含有主要矿物和次要矿物，其中，主要矿物包括蛇纹石、滑石、碳酸钙、碳酸镁和磁铁矿，次要矿物包括绿泥石、云母、黏土等。第一粉粒体密度可为1.12kg/m³～1.5kg/m³，吸附水含量可低于3％。

第一预定质量比包括第一辅料量为0的情况，即含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料的第一预定质量比可为100％：0％。换句话说，步骤(1)可以不添加第一辅料，直接将含有蛇纹石矿物的原料进行预处理后获得含有蛇纹石矿物的第一粉粒体。

当第一辅料量不为0时，含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料的第一预定质量比可为(60％～99.9％)：(0.01％～40％)。若含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料的第一预定质量比过低(例如，配比为10％：90％)，则不符合国家固废资源化的政策；若含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料的第一预定质量比过高(例如，配比为110％：10％)，则影响材料的物化性能，如胶凝性能、耐水性等。例如，含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料的第一预定质量比可为61％：40％、70％：30％、80％：20％、90％：10％、95％：20％、99.9％：0.01％等。

进一步地，按质量百分比计，第一粉粒体可包括60％～100％含有蛇纹石矿物的原料、0％～15％石灰岩(或者石灰岩尾渣)、0％～10％大理石(或者大理石尾渣)、0％～20％白云岩(或者白云岩尾渣)和0％～10％菱镁矿(或者菱镁矿尾渣)。

预处理包括干燥、破碎和粉磨处理，干燥过程中，干燥温度可为80℃～105℃。第一粉粒体中的吸附水含量可低于3％。吸附水含量低于3％有利于后续煅烧过程中尾矿的煅烧解毒，如果吸附水含量超过3％，将导致水分蒸发对热量的消耗，从而影响步骤(2)中第一粉粒体在煅烧炉中的燃烧状况。

进一步地，干燥温度可为90℃～105℃；第一粉粒体中的吸附水含量为1％～2％。

另外，破碎和粉磨可在压力低于外界大气压5～10pa的负压环境下进行，对外部空气不污染。负压能够让车间外面的新鲜空气流入，车间内含有石棉纤维的粉尘通过专门的吸尘装置排放到固定地方，不会排放到车间外，从而降低环境污染。当负压大于10pa时，负压环境下对员工的健康会有影响，同时车间内风流动速度增加，易引起粉尘飞扬，室内空气补充不及，会表现为一种轻度真空状态。当负压小于5pa时，负压效果不好。

干燥、破碎、球磨后得到的第一粉粒体的粒径可为-325目～-2目。例如，第一粉粒体的粒径可为-2目、-50目、-100目、-125目、-175目、-245目、-285目、-300目、-325目等。这里，目数前加正负号表示能否漏过该目数的网孔，例如，-2目表示2目以下。第一粉粒体的粒度控制在该范围内，可通过调整产品的不同粒径将获得的硅酸镁胶凝材料应用于不同的领域。例如，-325目～-200目的硅酸镁胶凝材料可应用于抹墙灰细面，-30目～-2目的硅酸镁胶凝材料可直接作为墙体材料(例如装配式墙板)的配料。

(2)将第一粉粒体置入煅烧炉中加热煅烧，获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体。煅烧过程中需控制风速和风量，确保煅烧气氛为空气气氛或含氧环境，有利于煅烧过程中含蛇纹石矿物晶相转变为镁橄榄石相。例如，可在煅烧过程中控制风速为2m/s～8m/s，以保证窑内温度稳定，煅烧气氛为空气气氛或含氧环境。

煅烧炉可包括立窑、回转窑、预分解窑、悬浮窑等，煅烧温度可为600℃～1100℃，升温速率可为3℃/min～20℃/min，煅烧时间可为5min～1.5h。例如，煅烧温度可以为650℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等，升温速率可以为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min等，煅烧时间可以为5min、15min、35min、45min、60min、75min、90min等。

若煅烧温度低于600℃或煅烧时间低于5min，无法满足含蛇纹石矿物转变并解毒；而煅烧温度大于1100℃时，配料作用下含蛇纹石矿物开始烧结熔融，含蛇纹石矿物虽发生了晶相转变，但后续的利用价值会受影响，同时高温转相需要消耗大量的热量，不满足节能环保要求；煅烧时间大于1.5h，此时含蛇纹石矿物已经完成转相解毒，增加焙烧时间浪费能源。

优选地，煅烧过程的升温速度过低或煅烧时间过长，则生产效率低，生产成本增加，造成能源浪费，拉长周期；若升温速度过高或煅烧时间过短，则导致晶相转变效果变差，解毒不充分。

按质量百分比计，主晶相为橄榄石的第二粉粒体的主要化学组成为：25％～40％MgO、35％～40％SiO₂、2％～20％CaO、2％～15％Fe₂O₃和2％～8％Al₂O₃。

第二粉粒体的加水范围为15％～35％，拌匀后具胶凝性，成型体经养护固化为石状体。

(3)按第二预定质量比混合第二粉粒体和第二辅料，粉磨后获得硅酸镁胶凝材料，第二辅料为石灰(包括生石灰和熟石灰)、碳酸盐水泥熟料、电石渣、熟石膏和水玻璃粉体中的至少一种。

第二预定质量比包括第二辅料量为0的情况，即第二粉粒体与第二辅料的第二预定质量比可为100％：0％。换句话说，步骤(3)可以不添加第二辅料，直接将步骤(2)获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体作为本发明的硅酸镁胶凝材料。

当第二辅料量不为0时，第二粉粒体与第二辅料的第二预定质量比可为(70％～99.9％)：(0.01％～30％)。例如，第二粉粒体与第二辅料的第二预定质量比可为70％：30％、71％：0.01％、80％：20％、90％：10％、95％：5％、99.9％：0.01％等。

若第二粉粒体与第二辅料的第二预定质量比过低(例如，配比为50％：50％)，则对于固废用量低，同时需要大量的配料，不利于实现固废资源化和综合利用；若第二粉粒体与第二辅料的第二预定质量比过高(例如，配比为120％：10％)，则影响最终产品的实施效果。

进一步地，硅酸镁胶凝材料可包括70％～100％第一粉粒体、0％～15％石灰、0％～15％硅酸盐水泥熟料、0％～30％电石渣和0％～15％石膏。

第二辅料的粒度应与第二粉粒体粒度配合，具体目数为-500目～-100目。若粒度过大，则影响到平整度，影响胶凝性；若粒度过小，则成本高，力学性能变差。例如，第二辅料的粒径可为-100目、-125目、-175目、-245目、-285目、-300目、-325目、-360目、-420目、-500目等。

在本发明的硅酸镁胶凝材料的制备方法的又一个示例性实施例中，一种硅酸镁胶凝材料的制备方法可包括以下步骤：

(1)将含有蛇纹石矿物的原料与第一辅料按照(60％～99.9％)：(0.01％～40％)的配比进行混合，经预处理后获得第一粉粒体，第一辅料为碳酸盐矿物和碳酸盐矿物尾渣中的至少一种。

进一步地，第一辅料可包括石灰岩、石灰岩尾渣、大理石、大理石尾渣、白云岩、白云岩尾渣、菱镁矿和菱镁矿尾渣中的两种或两种以上。

(2)将第一粉粒体置入煅烧炉中加热煅烧，获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体。其中，煅烧温度可为600℃～1100℃，升温速率可为3℃/min～20℃/min，煅烧时间可为5min～1.5h。所述第二粉粒体即为硅酸镁胶凝材料。

在本发明的硅酸镁胶凝材料的制备方法的再一个示例性实施例中，一种硅酸镁胶凝材料的制备方法可包括以下步骤：

(1)将含有蛇纹石矿物的原料进行预处理后获得第一粉粒体。

(2)将第一粉粒体置入煅烧炉中加热煅烧，获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体。其中，煅烧温度可为600℃～1100℃，升温速率可为3℃/min～20℃/min，煅烧时间可为5min～1.5h。

(3)将第二粉粒体和第二辅料按照(70％～99.9％)：(0.01％～30％)的配比进行混合，粉磨后获得硅酸镁胶凝材料，第二辅料为石灰(包括生石灰和熟石灰)、碳酸盐水泥熟料、电石渣、熟石膏和水玻璃粉体中的至少一种。

本发明另一方面提供了一种硅酸镁胶凝材料。

在本发明的硅酸镁胶凝材料的一个示例性实施例中，一种硅酸镁胶凝材料采用如上所述的硅酸镁胶凝材料的制备方法制备而成。

与常规的硅酸镁胶凝材料产品相比，本发明的硅酸镁胶凝材料产品有以下特点：硅酸镁胶凝材料产品的耐水性好，长期浸泡无溃散，耐碱性好，固结均匀，刮凃无障碍，比石膏类胶凝更好的粘结强度。

本发明再一方面提供了一种如上所述的硅酸镁胶凝材料作为抹墙灰细面或者墙体材料配料的应用。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例和附图对其进行进一步说明。

示例1

一种硅酸镁胶凝材料的制备方法，可包括以下步骤：

S1、选择蛇纹石选矿尾渣为含蛇纹石矿物的原料，白云岩和大理石为第一辅料，将蛇纹石选矿尾渣与白云岩、大理石以质量比81：10：9混合后进行干燥、破碎、球磨，获得含有蛇纹石、滑石、碳酸钙、碳酸镁、磁铁矿主要矿物和绿泥石、云母、黏土等次要矿物的粒径为-325目～-200目的第一粉粒体。

S2、将步骤S1获得的第一粉粒体置入煅烧炉中以800℃加热煅烧30min，获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体。

按质量百分比计，所述主晶相为橄榄石的第二粉粒体的主要化学组成为：27％MgO、39％SiO₂、18％CaO、10％Fe₂O₃和6％Al₂O₃。第二粉粒体以质量比粉体：水＝10：2.2加水拌匀后具胶凝性，成型体经养护固化为石状体。石状体的强度为5MPa～35MPa，体积安定性好、吸水后不膨胀，不返霜，耐久性强。

S3、将步骤S2获得的第二粉粒体与第二辅料以质量比82：18混合粉磨，获得粒径为-325目～-200目的硅酸镁胶凝材料粉体。第二辅料为电石渣。

图1为示例1获得的一种硅酸镁胶凝材料(粉体加水后得到)放大1千倍后的SEM图；图2为示例1获得的一种硅酸镁胶凝材料(粉体加水后得到)放大10千倍后的SEM图。从图1和图2可以看出，试块样品微观形貌为块状，放大显微倍数，可以发现块状体为花瓣状均匀聚合而成，均匀花瓣状集合体的存在，使得试块具有了较好的力学强度。

示例2

一种硅酸镁胶凝材料的制备方法，可包括以下步骤：

S1、选择超基性岩型矿产选矿尾渣为含蛇纹石矿物的原料，大理石和菱镁矿为第一辅料，将超基性岩型矿产选矿尾渣与大理石、菱镁矿以质量比85：8：7混合后进行干燥、破碎、球磨，获得含有蛇纹石、滑石、碳酸钙、碳酸镁、磁铁矿主要矿物和绿泥石、云母、黏土等次要矿物的粒径为-325目～-200目的第一粉粒体。

S2、将步骤S1获得的第一粉粒体置入煅烧炉中以850℃加热煅烧50min，获得主晶相为橄榄石的第二粉粒体。

按质量百分比计，所述主晶相为橄榄石的第二粉粒体的主要化学组成为：32％MgO、41％SiO₂、13％CaO、9％Fe₂O₃和5％Al₂O₃。第二粉粒体以质量比粉体：水＝10：1.8加水拌匀后具胶凝性，成型体经养护固化为石状体。石状体的强度为5MPa～35MPa，体积安定性好、吸水后不膨胀，不返霜，耐久性强。

S3、将步骤S2获得的第二粉粒体与第二辅料以质量比86：14混合粉磨，获得粒径为-200目～-100目的硅酸镁胶凝材料粉体。第二辅料为熟石灰。

图3示出了示例2获得的另一种硅酸镁胶凝材料(粉体加水后得到)放大1千倍后的SEM图；图4示出了示例2获得的另一种硅酸镁胶凝材料(粉体加水后得到)放大10千倍后的SEM图。从图3和图4可以看出，试块样品微观形貌为块状，且高倍数显微下块状体由花瓣状均匀聚合而成。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料生产硅酸镁胶凝材料粉体，实现了多种固体废物的资源化利用，对资源保护、节约与高值化利用，具有重要的生态与可持续发展意义；

(2)尾渣、废石、尾矿的资源化利用对尾渣库安全、环境保护、复垦、复绿具有重要的生态与环境意义；

(3)以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料经加工处理获得新型硅酸镁胶凝材料粉体产品，具有生产工艺简单、节能减排、产品附加值高、二氧化碳排放量低、生态环境效益高等优势，对发展新材料产业与社会经济具有重要意义；

(4)所生产的硅酸镁胶凝材料粉体加水拌和后具胶凝性，成型体经养护后固化为石状体，石状体的强度高，安定性好，吸水后不膨胀，不返霜，耐久性强。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。