貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水泥制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界正在飛速發(fā)展，人們?cè)谖镔|(zhì)生活得以改善的同時(shí)，越來越關(guān)心我們賴以 生存的地球，作為用量最大的建筑材料一一水泥，對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重 要作用的同時(shí)，也產(chǎn)生了高的能源與資源消耗及溫室氣體排放，通常普通波特蘭水泥，氧化 鈣含量約為66%，在熟料中占50~70%的阿利特礦物，即硅酸三鈣的形成溫度約1450°C。 該礦物含氧化鈣達(dá)73. 7%，CaCO3分解耗能占熟料理論熱耗的46%左右，導(dǎo)致通用硅酸鹽 水泥熟料燒成的能耗高；貝利特礦物，即硅酸二鈣，溫度高于1250Γ下即可快速形成，故可 在較低的窯爐溫度下形成，此外，貝利特含CaO為65. 1%，低于阿利特中73. 7%的CaO含 量，則所需石灰石量減少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相應(yīng)降低；無水硫鋁酸鈣礦物 (3Ca0 · 3Si02 · CaSO4)，組成中CaO含量低（36. 8% )和形成溫度低（1300°C )，而與C2S- 樣具有節(jié)能和低CO2排放的特點(diǎn)，且該礦物具有提高早強(qiáng)的特點(diǎn)，鐵鋁酸四鈣抗硫酸鹽性能 好，水化熱低，可以提高水泥抗沖磨性能和抗拉性能。為了減少水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗 和二氧化碳?xì)怏w排放，國(guó)內(nèi)外大規(guī)模興起對(duì)低鋁或高硅硫鋁酸鹽水泥的研究。
[0003] 貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥，是以P-C2S(貝利特）為主，無水硫鋁酸鈣 (C4ZlJ >為輔、鐵鋁酸鹽次之的低溫?zé)傻牡蛪A度水泥。由于其熟料礦物組成中不含C3S(阿 里特），因此熟料燒成溫度低，其燒成溫度為1250Γ~1360Γ，但所需的原料石灰石、石膏 等礦物資源儲(chǔ)量有限，開采量過大不利于可持續(xù)發(fā)展。而工業(yè)廢渣，如提供硅質(zhì)、鋁質(zhì)成分 的粉煤灰、硫酸渣和煤渣；提供鈣質(zhì)成分的赤泥、高爐渣、有色金屬渣、鋼渣和鹽泥；提供鐵 質(zhì)成分的赤泥和硫鐵礦燒渣；以及提供硫質(zhì)成分的廢石膏等，這些廢棄物數(shù)量巨大，污染嚴(yán) 重，然而現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，工業(yè)廢渣的利用率并不高，如粉煤灰利用率僅為30%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝中的高能耗以及工業(yè)廢渣堆積造成的環(huán) 境問題。本發(fā)明提供了一種貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥，并提供了低溫制備方法。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明所提供的貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥，按質(zhì)量百分比計(jì)， 其中含有P-C2S :38~70%，OV? :27~37%和C4AF :3~25%。該貝利特-硫鋁酸 鹽-鐵鋁酸鹽水泥的原料配比為硅鋁質(zhì)原料：鈣質(zhì)原料：工業(yè)石膏：鐵質(zhì)原料：鋁質(zhì)校正料 =6. 2 ~28. 1% :34. 1 ~55. 0% :24. 2 ~38. 1% :0. 8 ~7. 9% :1. 0 ~16. 2%。
[0006] 本發(fā)明還提供了上述貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥的制備方法，以工業(yè)廢渣 和工業(yè)石膏為原料，與鋁質(zhì)校正料鋁礬土或尾礦鋁礬土混合后成型，再進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后 破碎，煅燒，粉磨，得到貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥，成分為β -C2s、Γ4.4; S和C4AF。
[0007] 具體的，本發(fā)明按如下步驟進(jìn)行：
[0008] 將原料與校正料混合，按水灰比為0. 3~0. 41加水混合，研磨2~15h后將料漿 倒入模具中，成型后脫模，得到試樣；
[0009] 將上述試樣丨旦溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為60~150°C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3~9h ;
[0010] 然后破碎，再于在800~1200°C下煅燒60~90min，將煅燒后的試樣從高溫爐中 取出，迅速冷卻；粉磨后得到產(chǎn)品。
[0011] 上述步驟中的工業(yè)石膏為脫硫石膏或磷石膏。
[0012] 上述步驟中的工業(yè)廢渣為增鈣液態(tài)渣、煤矸石、粉煤灰、赤泥、硫鐵礦燒渣、鋼渣、 鎳渣、脫硫石膏、磷石膏、電石渣、糖濾泥和石灰干化污泥中的幾種的混合物。
[0013] 上述步驟中的原料與校正料的配比為：硅鋁質(zhì)原料：鈣質(zhì)原料：工業(yè)石膏：鐵質(zhì)原 料：鋁質(zhì)校正料=6. 2 ~28. 1 % :34. 1 ~55. 0% :24· 2 ~38. 1 % :0· 8 ~7. 9% :1. 0 ~ 16. 2%〇
[0014] 上述步驟中的粉磨，磨至比表面積為350~400m2/kg。
[0015] 研究中發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所采用的水熱反應(yīng)對(duì)水泥產(chǎn)品的力學(xué)性能影響較大，本發(fā)明 所述的水熱反應(yīng)是將脫模后的試樣進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為60~150°C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3~ 9h。優(yōu)選的，養(yǎng)護(hù)溫度115~120°C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3. 5~4h。煅燒溫度優(yōu)選為960~1100°C， 煅燒時(shí)間60~70min。
[0016] 有益效果：本發(fā)明的低溫制備貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥的方法通過預(yù)先 的水熱反應(yīng)降低了貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥的燒制溫度，降低了能耗，通過合適的 配比及工藝改善貝利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥的性能，實(shí)現(xiàn)了在低溫下制備低碳的貝 利特-硫鋁酸鹽-鐵鋁酸鹽水泥。
[0017] 本發(fā)明本發(fā)明是直接利用工業(yè)廢渣、工業(yè)石膏、鋁礬土或尾礦鋁礬土作原料，工業(yè) 廢渣中含有CaO、Si02、A1203、Fe2O 3和SO3，所以原料不需要改性或者其他處理，節(jié)約處理成 本的同時(shí)提高的原料的利用率。大大降低了前期成本，同時(shí)解決了工業(yè)廢渣造成的環(huán)境問 題。并且，本發(fā)明不使用石灰石，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，增加環(huán)境壓力，另一方面煅燒溫度低， 進(jìn)而能耗低。因此本發(fā)明是一種低碳、綠色的制備方法。
【具體實(shí)施方式】：
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本實(shí)施例中所使用的原料的組分如 表1所示。
[0019] 表1原料主要化學(xué)成分（％ )
[0020]

[0021] 實(shí)施例1
[0022] 本實(shí)施例所設(shè)計(jì)原料配比和用水量如表2所示。
[0023] 表2 :實(shí)施例1原料配比和用水量
[0025] 具體實(shí)施步驟如下：
[0026] 1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨2h，取出后將料漿倒入模具 中，成型后脫模，得到塊狀試樣；
[0027] 2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為60°C的數(shù)顯恒溫?cái)嚢柩h(huán)養(yǎng) 護(hù)箱中，丨旦溫養(yǎng)護(hù)9h后取出冷卻；
[0028] 3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在800°C下煅燒90min，取 出急冷，球磨機(jī)粉磨至比表面積為350m2/kg即得到貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥。
[0029] 測(cè)得水泥各性能如表3所示。
[0030] 表3 :實(shí)施例1制得的貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥性能表
[0031]
[0032] 實(shí)施例2 :
[0033] 本實(shí)施例所設(shè)計(jì)原料配比和用水量如表4所示。
[0034] 表4 :實(shí)施例2原料配比和用水量
[0036] 具體實(shí)施步驟如下：
[0037] 1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨7h，取出后將料漿倒入模具 中，成型后脫模，得到塊狀試樣；
[0038] 2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為90°C的數(shù)顯恒溫?cái)嚢柩h(huán)養(yǎng) 護(hù)箱中，丨旦溫養(yǎng)護(hù)8h后取出冷卻；
[0039] 3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在830°C下煅燒80min，取 出急冷，球磨機(jī)粉磨至比表面積為370m2/kg即得到貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥。
[0040] 測(cè)得水泥各性能如表5所示。
[0041] 表5 :實(shí)施例2制得的貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥性能表
[0042]
[0043] 實(shí)施例3 :
[0044] 本實(shí)施例所設(shè)計(jì)原料配比和用水量如表6所示。
[0045] 表6 :實(shí)施例3原料配比和用水量
[0047] 具體實(shí)施步驟如下：
[0048] 1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨10h，取出后將料漿倒入模具 中，成型后脫模，得到塊狀試樣；
[0049] 2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為120°C的蒸壓釜中，恒溫養(yǎng)護(hù) 3. 5h后取出冷卻；
[0050] 3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在960°C下煅燒70min，取 出急冷，球磨機(jī)粉磨至比表面積為400m2/kg即得到貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥。
[0051] 測(cè)得水泥各性能如表7所示。
[0052] 表7 :實(shí)施例3制得的貝利特一硫鋁酸鹽一鐵鋁酸鹽水泥性能表
[0053]
[0054] 實(shí)施例4
[0055] 本實(shí)施例所設(shè)計(jì)原料配比和用水量如表8所示。
[0056] 表8 :實(shí)施例4原料配比和用水量
[0058] 具體實(shí)施步驟如下：
[0059] 1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15h，取出后將料漿倒入模具 中，成型后脫模，得到塊狀試樣；
[0060] 2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為150°C的蒸壓釜中，恒溫養(yǎng)護(hù) 3h后取出冷卻；
[0061] 3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在1180°C下煅燒60min， 取出急冷，球磨機(jī)粉磨至比表面積為350m2/kg即