CN110183124B - 一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，属于水泥熟料技术领域。该微膨胀硫铝酸盐水泥熟料由包括以下含量的原料制备得到：含MgO废石45~52wt.%；铝渣30~36wt.%；脱硫石膏14~20wt.%；粉煤灰0~1.5wt.%；在化学组成上，所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%。本发明全部采用工业废物为原料，充分利用工业废物的性质、相互匹配以及工业废物中含有的元素，煅烧出物理强度远高于普通硅酸盐水泥熟料强度的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，3d抗压强度可达78.0MPa以上，28d抗压强度可达84.0MPa以上。

Description

一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥熟料技术领域，尤其涉及一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法。

背景技术

硫铝酸盐水泥熟料的生产与普通硅酸盐水泥熟料相比，能够节约能耗和降低二氧化碳排放均达20%以上，同时在性能上能够和普通硅酸盐水泥熟料相媲美，是近年来研究新型低碳和节能水泥的热点。

公开号为CN102249576A的专利公开了一种低能耗、低排放水泥制备方法及应用，使用石灰石、铝矾土、粘土或者砂岩和天然石膏为原料，烧制成以贝利特和无水硫铝酸钙矿物为主的新型水泥，水泥的3d强度可达到33MPa，28d强度可以达到55MPa。

申请号为201210022401.8的专利公开了一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，使用的原料主要是石灰石、高铝粉、煤灰和天然石膏，制备的熟料3d强度达到30~50MPa，28d强度达到60~70MPa，需水量和凝结特性与普通硅酸水泥熟料接近。

上述煅烧硫铝酸盐水泥熟料的方法，至少使用了一种天然矿物作为原料。实际上，我国每年产生大量的各种工业固废，这些工业固废的成分和性质与一些天然矿物接近，如果能够很好地利用，不仅可以解决工业废渣的使用问题，而且还可以充分利用工业固废中的各种复杂杂质离子，形成具有特殊性能的材料，产生高附加值的产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，该水泥熟料全部利用工业废物为原料制备而成。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，由包括以下含量的原料制备得到：

含MgO废石 45~52wt.%；

铝渣 30~36wt.%；

脱硫石膏 14~20wt.%；

粉煤灰 0~1.5wt.%；

在化学组成上，所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%。

优选的，在化学组成上，所述铝渣中Al₂O₃的含量≥70wt.%。

优选的，在化学组成上，所述脱硫石膏中SO₃的含量≥40wt.%。

优选的，在矿物组成上，所述微膨胀硫铝酸盐水泥熟料包括60.0~62.0wt.%的C₄A₃S、21.0~25.0wt.%的C₂S、3.2~3.5wt.%的C₄AF和其他矿物。

本发明还提供了上述技术方案所述微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

将各原料混合后进行粉磨，得到粉状生料；

将所述粉状生料进行煅烧，得到微膨胀硫铝酸盐水泥熟料。

优选的，所述煅烧的温度为1300~1400℃。

优选的，所述煅烧的气氛为弱氧化气氛。

优选的，所述粉状生料在0.045mm的筛余量≤10%。

优选的，所述煅烧后还包括对煅烧后的产物进行冷却。

优选的，所述冷却采用的设备为篦冷机。

本发明提供了一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，由包括以下含量的原料制备得到：含MgO废石45~52wt.%；铝渣30~36wt.%；脱硫石膏14~20wt.%；粉煤灰0~1.5wt.%；在化学组成上，所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%。本发明全部采用工业废物为原料，充分利用工业废物的性质、相互匹配以及工业废物中含有的元素，特别是含MgO废石中MgO特有的微膨胀性能，经过煅烧，含MgO废石中的MgO部分固溶于各熟料矿物中，其余以方镁石晶体形式存在于熟料矿物之间，方镁石水化形成水镁石，与硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石，具有提高强度与提供双膨胀源的多重功能。本发明各原料相互配合，煅烧出物理强度远高于普通硅酸盐水泥熟料强度的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，其物理强度能和各种采用天然矿物原料煅烧的硫铝酸盐水泥熟料相媲美，3d抗压强度可达到78.0MPa以上，28d抗压强度可达到84.0MPa以上。

具体实施方式

本发明提供了一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，由包括以下含量的原料制备得到：

含MgO废石 45~52wt.%；

铝渣 30~36wt.%；

脱硫石膏 14~20wt.%；

粉煤灰 0~1.5wt.%；

在化学组成上，所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%。

本发明提供的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备原料包括45~52wt.%的含MgO废石，进一步优选为47~52%。在化学组成上，本发明所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%，优选为48~55wt.%。本发明对所述含MgO废石的来源没有特殊要求，能够满足上述化学成分要求即可。在本发明的具体实施例中，所述含MgO废石优选为含MgO的采矿废石。本发明所述含MgO废石的粒径优选≤30mm。本发明所述含MgO废石中的MgO具有微膨胀性能，与其他原料配合作用，能够煅烧出物理强度远高于普通硅酸盐水泥熟料强度的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，其物理强度能与各种采用天然矿物原料煅烧的硫铝酸盐水泥熟料相媲美。

本发明提供的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备原料包括30~36wt.%的铝渣，进一步优选为32~35wt.%。在化学组成上，本发明所述铝渣中Al₂O₃的含量优选≥70wt.%，进一步优选≥80wt.%。本发明对所述铝渣的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的铝渣即可。在本发明的具体实施例中，所述铝渣优选为电解铝渣。

本发明提供的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备原料包括15~20wt.%的脱硫石膏，进一步优选为15~19wt.%。在化学组成上，本发明所述脱硫石膏中SO₃的含量优选≥40wt.%，进一步优选为40~43%。本发明对所述脱硫石膏的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的脱硫石膏即可。

本发明提供的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备原料包括0~1.5wt.%的粉煤灰，进一步优选为0.5~1.5wt.%。本发明对所述粉煤灰的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的粉煤灰即可。

本发明全部采用工业废物为原料，充分利用工业废物的性质、相互匹配以及工业废物中含有的元素，各原料相互配合，煅烧出物理强度远高于普通硅酸盐水泥熟料强度的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，其物理强度能和各种采用天然矿物原料煅烧的硫铝酸盐水泥熟料相媲美。

本发明通过采用上述配比的原料，在化学组成上，得到的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料中MgO含量在3.5~4.5%，在矿物组成上，所述微膨胀硫铝酸盐水泥熟料包括60.0~62.0wt.%的C₄A₃S、21.0~25.0wt.%的C₂S、3.2~3.5wt.%的C₄AF和少量的其他矿物。本发明对所述其他矿物的种类没有特殊要求，具体的可以为：方镁石、游离石膏等。

本发明还提供了上述技术方案所述微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

将各原料混合后进行粉磨，得到粉状生料；

将所述粉状生料进行煅烧，得到微膨胀硫铝酸盐水泥熟料。

本发明将各原料混合后进行粉磨，得到粉状生料。本发明对所述各原料的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。本发明对所述粉磨的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的粉磨方式即可。在本发明中，所述粉状生料在0.045mm的筛余量优选≤10%。

得到粉状生料后，本发明将所述粉状生料进行煅烧，得到微膨胀硫铝酸盐水泥熟料。

煅烧前，本发明优选对粉状生料进行均化处理，得到均化后的生料。本发明对所述均化处理的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的均化处理方式即可。本发明所述均化处理能够保证入窑生料质量的稳定性。

得到均化的生料后，本发明将所述均化后的生料进行煅烧。在本发明中，所述煅烧的温度优选为1300~1400℃。本发明对所述煅烧的时间没有特殊要求，直至水泥熟料矿物全部形成即可。本发明优选通过熟料检测结果判断水泥熟料矿物是否全部形成。在本发明中，所述煅烧的气氛优选为弱氧化气氛，所述弱氧化气氛优选通过控制窑头负压实现，所述窑头负压的取值优选为-20~-50Pa。本发明所述煅烧采用的设备优选为五级预热器带窑外分解炉的新型干法窑。本发明所述煅烧过程中，含MgO废石中的MgO部分固溶于各熟料矿物中，其余以方镁石晶体形式存在于熟料矿物之间，方镁石水化形成水镁石，水镁石与硫铝酸盐水泥的水化产物钙矾石，具有提高强度与提供双膨胀源的多重功能。

煅烧后，本发明优选还包括对煅烧后的产物进行冷却，得到微膨胀硫铝酸盐水泥熟料。在本发明中，所述冷却采用的设备优选为篦冷机。

下面结合实施例对本发明提供的微膨胀硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

对原料进行成分分析分类送入专用储库，各原料的成分见表1：

表1 工业废渣的化学成分

实施例1

1）按重量百分比为：富含MgO采矿含MgO废石51.5%，电解铝渣33.2%，脱硫石膏14.0%，粉煤灰1.3%，利用计量设备进行计量，组成混合物料。

2）将步骤1）所得混合物料送入粉磨机或立磨，进行粉磨，粉磨生料细度控制0.045mm筛余≤10%，得到细粉状生料。

3）将步骤2）所得生料送入新型干法窑中，在1300~1400℃温度，及弱氧化气氛下进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，通过篦冷机进行冷却，得到水泥熟料。其化学组成和主要矿物组成见表2。

实施例2

1）按重量百分比为：富含MgO采矿含MgO废石50%，电解铝渣33.6%，脱硫石膏15.2%，粉煤灰1.2%，利用计量设备进行计量，组成混合物料。

2）将步骤1）所得混合物料送入粉磨机或立磨，进行粉磨，粉磨生料细度控制0.045mm筛余≤10%，得到细粉状生料。

3）将步骤2）所得生料送入新型干法窑中，在1300~1400℃温度，及弱氧化气氛下进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，通过篦冷机进行冷却，得到水泥熟料。其化学组成和主要矿物组成见表2。

实施例3

1）按重量百分比为：富含MgO采矿含MgO废石49.0%，电解铝渣33.8%，脱硫石膏16.6%，粉煤灰0.6%，利用计量设备进行计量，组成混合物料。

2）将步骤1）所得混合物料送入粉磨机或立磨，进行粉磨，粉磨生料细度控制0.045mm筛余≤10%，得到细粉状生料。

3）将步骤2）所得生料送入新型干法窑中，在1300~1400℃温度，及弱氧化气氛下进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，通过篦冷机进行冷却，得到水泥熟料。其化学组成和主要矿物组成见表2。

实施例4

1）按重量百分比为：富含MgO采矿含MgO废石47%，电解铝渣34.7%，脱硫石膏18.3%，利用计量设备进行计量，组成混合物料。

2）将步骤1）所得混合物料送入粉磨机或立磨，进行粉磨，粉磨生料细度控制0.045mm筛余≤10%，得到细粉状生料。

3）将步骤2）所得生料送入新型干法窑中，在1300~1400℃温度，及弱氧化气氛下进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，通过篦冷机进行冷却，得到水泥熟料。其化学组成和主要矿物组成见表2。

表2 实施例1~4制备的水泥熟料化学组成和主要矿物组成

按照国家标准方法，对实施例1~4的水泥熟料研磨至370~420m²/kg后，进行强度、标准稠度用水量、自由膨胀率以及凝结时间等物理性能的测定，结果见表3。

表3 实施例1~4制备的水泥熟料的物理性能

由表3的结果可知，本发明的水泥熟料3d抗压强度可达到78.1MPa以上，28d抗压强度可达到84.1MPa以上，具有良好的物理强度。

由以上实施例可知，本发明提供了一种微膨胀硫铝 酸盐水泥熟料及其制备方法，该水泥熟料全部利用工业废物为原料制备而成，且该水泥熟料的物理强度远高于普通硅酸盐水泥熟料，并且其物理强度能和各种采用天然矿物原料煅烧的硫铝酸盐水泥熟料相媲美，3d抗压强度可达到78.0MPa以上，28d抗压强度可达到84.0MPa以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微膨胀硫铝酸盐水泥熟料，由包括以下含量的原料制备得到：

含MgO废石 45 ~ 52wt.%；

铝渣 30 ~ 36wt.%；

脱硫石膏 15.2 ~ 20wt.%；

粉煤灰 0 ~ 1.5wt.%；

在化学组成上，所述含MgO废石中MgO的含量≤7wt.%，CaO的含量≥48wt.%；

所述铝渣中Al₂ O₃ 的含量≥70wt.%；所述脱硫石膏中SO₃ 的含量≥40wt.%；

在矿物组成上，所述微膨胀硫铝 酸盐水泥熟料包括60.0 ~ 62.0wt.%的C₄ A₃ S、21.0 ~25.0wt.%的C₂ S、3.2 ~ 3.5wt.%的C₄ AF和其他矿物。

2.权利要求1所述微膨胀硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

将各原料混合后进行粉磨，得到粉状生料；

将所述粉状生料进行煅烧，得到微膨胀硫铝 酸盐水泥熟料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1300 ~ 1400℃。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的气氛为弱氧化气氛。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粉状生料在0.045mm的筛余量≤10%。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧后还包括对煅烧后的产物进行冷却。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述冷却采用的设备为篦冷机。