本發(fā)明屬于生態(tài)膠凝材料及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種以SiO2為主要原料制備生態(tài)水泥的方法。
背景技術(shù)：
溫室效應(yīng)與空氣污染是全球面臨的重大環(huán)境問(wèn)題。水泥生產(chǎn)排放的溫室氣體占比達(dá)到6-7％，其中絕大部分是硅酸鹽水泥，其能耗物耗和碳排放高、粉塵和硫氮氧化物氣體污染嚴(yán)重等問(wèn)題越來(lái)越突出，應(yīng)逐漸限制和減少其熟料的使用。SiO2是地殼中含量最高的氧化物，硅灰是以非晶態(tài)超細(xì)粒度存在的SiO2，可作為活性料摻入硅酸鹽水泥混凝土中提高其綜合性能。地殼表面大量存在的以SiO2為化學(xué)組成的結(jié)晶態(tài)礦物屬于石英族，其中最常見的是α-石英。石英通常用作細(xì)集料大量混入混凝土中，是廉價(jià)的惰性摻和料。用石英為主要原料制備的無(wú)機(jī)膠凝材料尚未見報(bào)導(dǎo)，若能在比硅酸鹽水泥熟料更低的燒成溫度下制備出石英基膠凝材料，可能使水泥工業(yè)擺脫對(duì)石灰?guī)r資源的過(guò)度依賴，且大大降低能耗、碳排放和廢氣排放，增強(qiáng)發(fā)展的可持續(xù)性，尤其對(duì)石英資源豐富而灰?guī)r資源貧乏的多沙地區(qū)有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義，也為以SiO2為主要化學(xué)組成的固體廢物的處理與利用提供了新的途徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種以SiO2為主要原料制備生態(tài)水泥的方法。
本發(fā)明方法包括如下步驟：
(1)準(zhǔn)備堿鹽、硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料三種原料；其中，堿鹽是指在后續(xù)煅燒步驟時(shí)可釋放出Na2O和/或K2O的物質(zhì)；硅質(zhì)原料是指化學(xué)組成為SiO2的各種結(jié)晶和/或非結(jié)晶的固體物質(zhì)；鈣質(zhì)原料指與水反應(yīng)生成Ca(OH)2的物質(zhì)；
(2)將堿鹽與硅質(zhì)原料分別按所含Na2O+0.658K2O與SiO2質(zhì)量比是(Na2O+0.658K2O)/SiO2＝0.04～0.12的比例，均勻混合，并研磨至200目篩余量≤10％；
(3)將步驟(2)所得的混合物在600～1200℃的溫度下充分煅燒后冷卻至室溫得到煅燒料，然后將鈣質(zhì)原料按所含CaO的質(zhì)量與煅燒料的質(zhì)量之比為0.10～0.35的配比混勻并磨細(xì)至達(dá)到200目篩余量≤10％，即得水泥。
優(yōu)選地，步驟(3)中，所述煅燒溫度為700～1100℃。
優(yōu)選地，步驟(3)中，所述鈣質(zhì)原料按所含CaO的質(zhì)量與煅燒料的質(zhì)量之比為0.15～0.30。
具體的，步驟(1)所述硅質(zhì)原料是石英玻璃渣、普通河砂、海砂、沙漠砂、天然石英脈和石英砂巖及金礦和鐵礦尾砂中的一種或幾種的混合物。
具體的，步驟(1)所述堿鹽是只含KOH的苛性鉀、只含Na2CO3的純堿、只含NaOH的燒堿及廢堿等的一種或幾種的混合物。
具體的，步驟(1)所述鈣質(zhì)原料是生石灰、熟石灰和電石渣中的一種或幾種的混和物。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)如下：
(1)本發(fā)明提供了一種用SiO2為主要原料制備生態(tài)水泥材料的方法，與主流的硅酸鹽水泥相比，具有碳排放低、能耗低和污染排放少的特點(diǎn)，考慮到SiO2在地殼中的含量達(dá)到近六成，這種水泥具有原料廣泛的特點(diǎn)，相應(yīng)地原料成本低廉，并大大降低對(duì)優(yōu)質(zhì)石灰石資源的依賴與消耗。
(2)由于本發(fā)明水泥的主要原料是SiO2且CaO含量低，它特別適合在碳酸鈣資源缺乏的地區(qū)使用，尤其適合在廣大的荒漠和沙漠地區(qū)用作基礎(chǔ)建設(shè)的水泥材料，同時(shí)方便在防沙固沙工程上應(yīng)用。
(3)本發(fā)明能大量處理各種工業(yè)固體廢物，有巨大的社會(huì)效益。許多工業(yè)固體廢物以SiO2為主要化學(xué)組成且以石英為主要礦物組成，其不利于膠凝的有機(jī)和粘土類雜質(zhì)均可在煅燒時(shí)去除，所以這種廢渣能用本發(fā)明方法制成水泥材料而被處理和利用。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。
實(shí)施例中牽涉到的以SiO2為主要化學(xué)組成的硅質(zhì)原料有石英玻璃渣、普通河砂、海砂、沙漠砂、天然石英脈和石英砂巖及金礦和鐵礦尾砂等；堿鹽原料有只含KOH的苛性鉀、只含Na2CO3的純堿、只含NaOH的燒堿和含純堿85％的廢堿等；鈣質(zhì)原料有生石灰、熟石灰和電石渣等。
本發(fā)明實(shí)施例的制備過(guò)程如下：將干燥的堿鹽與硅質(zhì)原料分別按所含Na2O+0.658K2O與SiO2質(zhì)量比為(Na2O+0.658K2O)/SiO2＝0.04～0.12的比例混合，用實(shí)驗(yàn)小磨球磨0.5-1.0小時(shí)。具體時(shí)間由抽樣檢測(cè)細(xì)度決定，當(dāng)達(dá)到200目篩余量不大于10％即可。不同原料由于入磨粒度和可磨性的差異，球磨時(shí)間也有所差別。將磨好的生料放入馬弗爐中煅燒，在預(yù)定的最高溫度(600～1200℃)間保溫2～3小時(shí)后冷卻至室溫即得到煅燒料。最后將鈣質(zhì)原料按所含CaO的質(zhì)量與煅燒料的質(zhì)量之比為0.1～0.35的配比混合并用球磨機(jī)重新磨細(xì)至達(dá)到200目篩余量≤10％，即得水泥。
按GB/T17671-1999的方法對(duì)表1所示12個(gè)實(shí)施例的水泥膠砂進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和強(qiáng)度檢測(cè)。除按該標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)3天和28天強(qiáng)度外，增加了7天抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。各實(shí)施例水泥的工藝參數(shù)詳見表1，相應(yīng)的水泥強(qiáng)度性能數(shù)據(jù)詳見表2。
表1各實(shí)施例工藝參數(shù)
表2各實(shí)施例強(qiáng)度性能
由表2可知，不同工藝參數(shù)得到的水泥的不同齡期強(qiáng)度差異較大，其中相當(dāng)部分達(dá)到甚至超過(guò)GB/T3183-2003對(duì)砌筑水泥的強(qiáng)度要求，可在對(duì)強(qiáng)度要求不高的眾多領(lǐng)域應(yīng)用。