專利名稱：硫鋁酸鈣－阿利特復(fù)合礦相水泥熟料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水泥材料的技術(shù)領(lǐng)域，涉及以粉煤灰為主要原料制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料。
背景技術(shù)：
硫鋁酸鈣和阿利特分別為普通硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥的主要礦相。硫鋁酸鈣具有良好的膠凝性，水化速度快，是典型的早強(qiáng)礦物，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率低；阿利特礦物也是一種具有優(yōu)良膠凝性的礦物，是硅酸鹽水泥強(qiáng)度主要來(lái)源，但早期強(qiáng)度偏低，后期強(qiáng)度增進(jìn)率高。因此，實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥中的這兩種主要礦物的復(fù)合，制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥，可以進(jìn)一步提高水泥力學(xué)性能。
普通硫鋁酸鹽水泥熟料主要由55％～75％的 與8％～37％的C2S等礦物組成，C3S較難存在。這是由于 燒成溫度低(1200℃～1350℃)，C3S燒成溫度高(＞1450℃)，按照傳統(tǒng)硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)工藝，二者難以共存。
目前有關(guān)硫鋁酸鈣和阿利特的復(fù)合研究，是我國(guó)高性能水泥基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)，但大部分思路是在以阿利特為主要礦物的硅酸鹽水泥熟料燒制過(guò)程中引入少量硫鋁酸鈣，制備出阿利特-硫鋁酸鈣復(fù)合水泥(見(jiàn)中國(guó)專利阿利特硫鋁酸鈣水泥的組成及制造方法，公開(kāi)號(hào)CN86103649；含無(wú)水硫鋁酸鈣礦物的硅酸鹽水泥熟料及其生產(chǎn)方法，公開(kāi)號(hào)CN1490270)；或者將市售硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥按不同配比復(fù)合，制得改性硫鋁酸鹽水泥或改性硅酸鹽水泥(見(jiàn)中國(guó)專利改性低堿度硫鋁酸鹽水泥，公開(kāi)號(hào)CN1513789；改性快硬硫鋁酸鹽水泥，公開(kāi)號(hào)CN1513788；一種硫鋁酸鹽水泥改性的方法，公開(kāi)號(hào)CN1513787；一種硅酸鹽水泥改性的方法，公開(kāi)號(hào)CN1513791)。
使用上述方法，熟料礦物組成不穩(wěn)定，性能差異大，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種在普通硫鋁酸鹽水泥熟料的制備過(guò)程中，通過(guò)礦化劑降低阿利特的生成溫度，實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鈣-阿利特的復(fù)合，并提出新型水泥名稱——硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥。本發(fā)明的主要目的是通過(guò)普通硫鋁酸鹽水泥熟料制備過(guò)程中引入阿利特相來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明通過(guò)在普通硫鋁酸鹽水泥熟料制備過(guò)程中添加礦化劑，增加體系液相量，降低C3S燒成溫度，再通過(guò)設(shè)計(jì)合理的MG和MS值，控制原料中CaO和CaSO4的含量，促進(jìn)C2S在1450℃以下對(duì)CaO的固熔反應(yīng)，生成 和C3S，實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鈣與阿利特礦相的復(fù)合。
本發(fā)明另一目的，是大量利用工業(yè)廢棄物粉煤灰。粉煤灰化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3、CaO等，在本發(fā)明中代替水泥生產(chǎn)中的硅質(zhì)原料，部分代替鋁質(zhì)、鈣質(zhì)原料，因而是一種低成本、降污染的高性能新型水泥熟料制備方法。
粉煤灰制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料的方法，是在普通硫鋁酸鹽水泥制備過(guò)程中引入新的阿利特相，以粉煤灰、鋁礬土、石灰石、石膏為原料，螢石為礦化劑，通過(guò)設(shè)計(jì)MG和MS值，控制配料的化學(xué)組成，煅燒生成 和C3S，實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鈣和阿利特礦相的復(fù)合，并以此提出一種新型水泥的名稱硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥。
其制備原料的重量百分比組成為粉煤灰20％～35％鋁礬土4％～20％石灰石48％～65％石膏6％～15％螢石0.5％～1.5％其熟料設(shè)計(jì)的MG和MS值特征為MG0.9～1.1MS0.9～1.1其中MG＝[CaO+1.40 MgO-0.70 Fe2O3-0.55Al2O3]/(1.87 SiO2)MS＝CaSO4/0.44 Al2O3熟料的重量百分比化學(xué)組成為CaO 45％～60％Al2O 20％～30％SiO212％～20％SO35％～12％CaF20.5％～1.5％Fe2O31％～2％其熟料的重量百分比礦物組成為 45％-65％C3S 20％～36％C2S等余量其煅燒溫度為1200℃～1330℃。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鈣和阿利特的低溫復(fù)合(＜1450℃)。對(duì)本發(fā)明熟料礦物運(yùn)用DTA、XRD和SEM等測(cè)試手段分析表明，熟料燒成溫度在1200℃～1330℃，熟料中主要礦物為硫鋁酸鈣和阿利特等，硫鋁酸鈣晶體呈菱形十二面體，發(fā)育完整，形態(tài)規(guī)則，顆粒大小約為1～3μm；阿利特(C3S)礦物為板狀六角形，晶體發(fā)育相對(duì)細(xì)小。
本發(fā)明以特定粒度的粉煤灰，配以鋁礬土、石灰石、石膏及礦化劑等，設(shè)計(jì)MG和MS值，經(jīng)過(guò)配料、粉磨、均化、煅燒，出料冷卻等工序，再粉磨至200目以下，即得熟料。
具體步驟如下1.設(shè)計(jì)MG和MS值設(shè)計(jì)MG和MS值，控制原料中CaO和CaSO4的含量，以期最大產(chǎn)率生成 和C3S。
其中MG＝[CaO+1.40 MgO-0.70 Fe2O3-0.55Al2O3]/(1.87SiO2) (1)MS＝CaSO4/0.44Al2O3(2)(1)式中表示1.00wt％MgO相當(dāng)于1.40wt％CaO，0.70wt％CaO被1.00wt％Fe2O3吸收形成C2F；0.55wt％CaO被1.00wt％Al2O3吸收形成 ；1.87wt％SiO2與1.00wt％CaO形成C2S。式中，MG＝1時(shí)，表示CaO恰被C2S吸收轉(zhuǎn)化為C3S，MG＞1時(shí)，表示此時(shí)有足量的CaO使C2S轉(zhuǎn)化，進(jìn)而形成C3S。
(2)式中表示0.44wt％CaSO4與1.00wt％Al2O3形成 。當(dāng)MS＝1時(shí)，CaSO4全部被Al2O3全部吸收形成 ；過(guò)量時(shí)，即MS＞1，CaSO4將與C2S反應(yīng)形成 ，不利于C2S的穩(wěn)定存在，也將不利于 的形成。
根據(jù)式(1)和(2)，適當(dāng)控制MG和MS值，就能有效控制 和C3S等物相的生成，本發(fā)明水泥熟料的MG和MS值控制在以下范圍MG0.9～1.1MS0.9～1.1熟料化學(xué)組成控制為(重量百分比)CaO45％～60％Al2O 20％～30％SiO212％～20％SO35％～12％CaF20.5％～1.5％Fe2O31％～2％2.配料根據(jù)設(shè)計(jì)的MG和MS值，結(jié)合原料化學(xué)組成，計(jì)算配料組成，本發(fā)明配料組成為(重量百分比)粉煤灰20％～35％鋁礬土4％～20％石灰石48％～65％石膏6％～15％螢石0.5％～1.5％3.混料、煅燒將配料混合均勻，球磨，煅燒溫度為1200℃～1330℃。
4.球磨煅燒好的熟料球磨至200目以下。
5.熟料組成運(yùn)用DTA、XRD和SEM對(duì)熟料的形成歷程、熟料礦物組成等進(jìn)行分析。本發(fā)明新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料組成如下(重量百分比) 45％～65％C3S 20％～36％C2S等余量關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明本發(fā)明以粉煤灰制備硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，所采用粉煤灰的中位徑d(0.5)＝8.571μm，主要由玻璃微珠和莫來(lái)石微晶組成，玻璃微珠的直徑在0.5～15μm之間，莫來(lái)石微晶尺寸小于1μm且鑲嵌分布在玻璃微珠上。在煅燒時(shí)，各組分主要通過(guò)固相反應(yīng)時(shí)形成部分高溫液相量固熔莫來(lái)石形成 、C3S，C2S或C11A7·CaF2/C12A7等新礦物，莫來(lái)石呈微晶態(tài)，粒徑小，固熔反應(yīng)速度快。
螢石(主要成分CaF2)，作為礦化劑，在本發(fā)明中提供了變網(wǎng)陽(yáng)離子和非橋氧等效的F-離子，使SiO2熔體中硅氧陰離子團(tuán)網(wǎng)絡(luò)斷裂，低聚物不斷增加，從而使體系液相量增多，黏度下降，促進(jìn)了C3S在1200℃～1330℃條件下的低溫合成。同時(shí)，少量的CaF2會(huì)促進(jìn)四方晶系硫鋁酸鈣的發(fā)育。
以粉煤灰制備硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，主要組成礦物形成過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)如下 的形成800℃～ CaO+Al2O3→CaO·Al2O3(CA)C2S+CaSO4→2C2S·Cs-]]>1050℃～1350℃3CA+CaSO4→C4A3S-]]>C3S的形成800℃～ SiO2+2CaO→2CaO·SiO2(C2S)900℃～1100℃ 2CaO+A2O3+SiO2→2CaO·A2O3·SiO2(C2AS)C2AS→C2S+CA1200℃～ C2S+CaO→C3S本發(fā)明粉煤灰制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，在思路和技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破，提出了硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥的名稱，并利用工業(yè)固體廢棄物粉煤灰來(lái)制備該新型水泥熟料，具有良好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。該水泥熟料再配入不同量石膏等外加劑，即可制成不同品種的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥，兼有硫鋁酸鹽水泥的快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)、低堿、微膨脹等特性，又具有硅酸鹽水泥后期強(qiáng)度增進(jìn)率高的特點(diǎn)，是水泥制備與應(yīng)用技術(shù)的重要突破。同時(shí)也可摻加粉煤灰、赤泥、礦渣等廢棄物，制備出高性能水泥混合材，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖1粉煤灰制各新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料形成過(guò)程DTA分析圖。
圖2粉煤灰制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料XRD分析圖。
圖3A、圖3B為粉煤灰制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料SEM圖。
具體實(shí)施例方式
采用北京石景山電廠粉煤灰，化學(xué)分析見(jiàn)表1，粉煤灰的中位徑d(0.5)＝8.571μm。設(shè)計(jì)MG和MS值，計(jì)算配料組成，配料混勻，球磨機(jī)中磨細(xì)，煅燒溫度1250℃、1300℃，煅燒時(shí)間40分鐘，風(fēng)冷，再粉磨至200目以下，即得新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料。
實(shí)施例1設(shè)計(jì)MG＝1.05，MS＝0.95；配料粉煤灰23.91％，鋁土礦9.34％，石灰石58.61％，石膏7.41％，螢石0.74％，燒制溫度1250℃。
實(shí)施例2設(shè)計(jì)MG＝1.05，MS＝0.95；配料粉煤灰23.91％，鋁土礦9.34％，石灰石58.61％，石膏7.41％，螢石0.74％，燒制溫度1300℃。
實(shí)施例3設(shè)計(jì)MG＝1.00，MS＝1.00；配料粉煤灰25.84％，鋁土礦7.50％，石灰石58.51％，石膏7.41％，螢石0.74％，燒制溫度1250℃。
實(shí)施例4設(shè)計(jì)MG＝1.00，MS＝1.00；配料粉煤灰25.84％，鋁土礦7.50％，石灰石58.51％，石膏7.41％，螢石0.74％，燒制溫度1300℃。
實(shí)施例5設(shè)計(jì)MG＝1.05，MS＝0.95；配料粉煤灰27.80％，鋁土礦5.76％，石灰石58.28％，石膏7.42％，燒制溫度1250℃。
實(shí)施例6設(shè)計(jì)MG＝1.05，MS＝0.95；配料粉煤灰27.80％，鋁土礦5.76％，石灰石58.28％，石膏7.42％，燒制溫度1300℃。
具體實(shí)施結(jié)果運(yùn)用DTA、XRD、SEM等測(cè)試手段分析對(duì)熟料礦物進(jìn)行分析，熟料主要礦物硫鋁酸鈣、阿利特發(fā)育良好，游離CaO含量低，水泥易燒性好，并運(yùn)用XRD定量計(jì)算熟料礦物組成，見(jiàn)表2表1粉煤灰化學(xué)分析(WB％)

表2粉煤灰制備新型硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料礦物組成(WB％)

權(quán)利要求
1.一種硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，其特征在于采用制備原料組成的重量百分比為粉煤灰 20％～35％鋁礬土 4％～20％石灰石 48％～65％石膏6％～15％螢石0.5％～1.5％其熟料設(shè)計(jì)的MG和MS值特征為MG 0.9～1.1MS 0.9～1.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，其特征在于其中MG＝[CaO+1.40MgO-0.70Fe2O3-0.55Al2O3]/(1.87SiO2)MS＝CaSO4/0.44Al2O3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，其特征在于熟料的重量百分比化學(xué)組成為CaO45％～60％Al2O 20％～30％SiO212％～20％SO35％～12％CaF20.5％～1.5％Fe2O31％～2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，其特征在于熟料的重量百分比礦物組成為 45％～65％C3S 20％～36％C2S 等余量。
5.一種硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料的制備方法，其特征在于是在普通硫鋁酸鹽水泥制備過(guò)程中引入新的阿利特相，以粉煤灰、鋁礬土、石灰石、石膏為原料，螢石為礦化劑，通過(guò)設(shè)計(jì)MG和MS值，控制配料的化學(xué)組成，將配料混合均勻后球磨，煅燒，生成 和C3S，實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鈣和阿利特礦相的復(fù)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料的制備方法，其特征在于其煅燒溫度為1200℃～1330℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料的制備方法，其特征在于煅燒好的熟料球磨至200目以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及以粉煤灰為主要原料制備新型硫鋁酸鈣－阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，提出了一種新型水泥名稱——硫鋁酸鈣－阿利特復(fù)合礦相水泥及其制備方法。它是以粉煤灰、鋁礬土、石灰石、石膏為原料，螢石為礦化劑，設(shè)計(jì)MG和MS值，在普通硫鋁酸鹽水泥制備過(guò)程中引入新的阿利特礦物，于1200℃～1330℃條件下制備新型硫鋁酸鈣－阿利特復(fù)合礦相水泥熟料，其礦物組成為C
文檔編號(hào)C04B7/02GK1951853SQ20061007671
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者李金洪, 趙宏偉 申請(qǐng)人:李金洪