CN101580347B - 复合工业废渣矿化剂 - Google Patents

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Abstract

复合工业废渣矿化剂，该矿化剂在水泥生料中掺入的重量为5～20％；特征是复合工业废渣矿化剂的原料由金属渣与无机非金属渣组成：金属渣50～80％、无机非金属渣20～50％；其中，金属渣重量份：钢渣25～45；钡渣15～40；铬渣15～35；锌渣5～30；铜渣5～15；钨渣5～10；无机非金属渣重量份：硫酸渣25～45；硫铁矿渣25～40；磷石膏渣5～15；煤渣5～15；煤矸石渣5～10；稀土渣5～10。

Description

复合工业废渣矿化剂
技术领域
本发明属于建筑材料类，提供一种利用复合工业废渣制备的复合工业废渣矿化剂。
技术背景
在水泥的生产工艺中，要在水泥生料中加入适量矿化剂，再经煅烧制成水泥熟料。目前，水泥制造企业大多采用传统的氟硫矿化剂，主要组成为萤石和石膏。然而，这种矿化剂存在突出的问题，主要表现为：因萤石资源有限、价格较高导致水泥生产成本价格较高；萤石中的氟离子在水泥生料煅烧过程中挥发会造成大气污染，同时会腐蚀设备。此外，若使用不当，此类矿化剂容易造成水泥凝结时间异常，影响水泥质量。
众所周知，在水泥生料中掺加某些工业废渣能改善水泥生料的易烧性，起到一定的矿化作用，同时会提高水泥熟料的强度和其它性能。近年来，人们通过大量的科学试验，对水泥工业废渣矿化剂进行不断改进，并研制出性能各异的水泥矿化剂。现有的水泥工业废渣矿化剂的主要缺陷在于：功能单一，综合效能差。为了满足水泥技术发展的需要，利用来源丰富的工业废渣为主要原料开发出一种质优价廉的复合工业废渣矿化剂，其掺加在水泥生料中可以改善生料的易烧性，降低水泥生料煅烧过程中液相出现的温度，增加液相量，加快生料颗粒间的固相反应速度，缩短熟料烧成时间，从而达到降低生产成本，改善水泥熟料质量，提高水泥产量，保护环境和节约能源的目的。这是本领域技术人员的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的水泥矿化剂功能单一，综合效能差的缺点，提供一种利用复合工业废渣矿化剂制备的水泥熟料，以及这种复合工业废渣矿化剂水泥熟料的方法。本发明的复合工业废渣矿化剂，可以改善生料的易烧性，降低水泥生料煅烧过程中液相出现的温度，增加液相量，加快生料颗粒间的固相反应速度，缩短熟料烧成时间，从而达到降低生产成本，改善水泥熟料质量，提高水泥产量，保护环境和节约能源的目的。
完成上述发明任务的方案是，一种复合工业废渣矿化剂，所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为5～20％；其特征在于，该复合工业废渣矿化剂的原料由金属渣与无机非金属渣组成，其重量百分比为：金属渣50～80％、无机非金属渣20～50％；其中，
所述的金属渣的重量份组成是：
所述的无机非金属渣的重量份组成是：
Figure GSB00000684945500022
Figure GSB00000684945500031
优化方案中，所述复合工业废渣矿化剂的原料由金属渣与无机非金属渣组成，其重量百分比为：金属渣60～70％、无机非金属渣30～40％。其中，
所述的金属渣的重量份组成是：
Figure GSB00000684945500032
所述的无机非金属渣的重量份组成是：
Figure GSB00000684945500033
完成本申请第2个发明任务的方案是，一种利用复合工业废渣矿化剂制备水泥熟料的方法，其特征在于：所述的复合工业废渣矿化剂由金属渣(钢渣、钡渣、铬渣、锌渣、铜渣和钨渣的复合物)、无机非金属渣(硫酸渣、硫铁矿渣、煤渣、煤矸石渣、磷石膏渣和稀土渣的复合物)组成；其特征在于，步骤如下，
(1).将金属渣按配比混合并粉磨至400～500m2/kg的细粉；
(2).将无机非金属渣按配比混合并粉磨至300～400m2/kg的细粉；
(3).将金属渣细粉和无机非金属渣细粉按重量比例配合，并混均匀，成为熟料细粉；
(4).将步骤(3)得到的熟料细粉活化；
(5).将步骤(4)活化后的熟料细粉，用配料秤配入水泥生料。
所述的金属渣由以下原料重量份配比组成：
Figure GSB00000684945500041
所述的无机非金属渣由以下原料重量份配比组成：
Figure GSB00000684945500042
Figure GSB00000684945500051
本发明与背景技术相比有如下优点：本发明采用的钢渣、硫酸渣和硫铁矿渣中含有的含铁低熔点矿物组分，与一定量的MgO、MnO共存，其熔点比其它铁质原料低，具有矿化作用。既有利于降低水泥生料煅烧过程中液相出现的温度，也可以增加液相量。因而，能改善生料的易烧性，有助于C3S的形成及晶种的发育成长。本发明采用的钡渣中含有的钡组分能活化熟料矿物，提高水泥熟料的强度。本发明采用的铬渣含有的铬组分和钨渣中含有的钨组分在水泥生料的高温煅烧过程中以金属离子形态固溶到水泥熟料的矿物中，成为硅酸盐水泥熟料矿物中的一种晶格组分，具备“诱导结晶”功能，显著改善生料的易烧性，降低烧成温度，拓宽烧成范围，提高熟料的活性。本发明采用的锌渣中含有的锌组分在水泥烧制过程中起到助熔作用，使液相出现的温度降低，液相量增加，液相粘度降低，离子在液相中扩散的速度加快，加快C3S的形成，从而是熟料质量有较大的改善，故有增产、降低煤耗，提高熟料质量的作用。本发明采用的铜渣中含有的铜组分能降低水泥生料煅烧过程中液相出现的温度。本发明采用的煤渣主要是帮助燃烧，促使高温熔融，降低煤耗，改善生料易烧性，提高成熟率，有利于矿物的形成。本发明采用的煤矸石渣在高温下脱水形成具有水硬性的脱水相，其水化快，对提高水泥熟料的早期强度起重要作用。本发明采用的磷石膏渣中含有的P2O5既是一种矿化剂，又是β～C2S的晶格稳定剂，它能够阻止β～C2S于675℃下向γ～C2S转化，降低了出窑熟料的分化率。本发明采用的稀土渣可固溶于中间相，改善熟料的内部性质，优化高温熟料的液相性质和岩相结构，有利于熟料中相关矿物的发育，提高熟料的早期强度。本发明采用的金属渣(钢渣、钡渣、铬渣、锌渣、铜渣和钨渣的复合物)和无机非金属渣(硫酸渣、硫铁矿渣、煤渣、煤矸石渣、磷石膏渣和稀土渣的复合物)的复合工业废渣具有矿化作用，降低了物料燃烧中液相的形成温度及粘度。
本发明适用于水泥生产过程中，利用来源丰富的工业废渣为主要原料为水泥行业提供了一种质优价廉的复合工业废渣矿化剂及其生产方法，将熟料矿物的活化与煅烧过程的矿化作用融为一体，产生复合效应。因而，既能明显改善水泥生料的易烧性，降低烧成温度，节约能源，保护环境，又能改善水泥熟料的质量，并显著提高水泥熟料的产量。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的论述，但实施例不应视作对本发明权利的限定。
实施例1
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为50％、无机非金属渣为50％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为20％。金属渣(以金属渣总量为100％计)的具体组分及重量份用量是：钢渣45、钡渣15、铬渣15、锌渣10、铜渣10、钨渣5。无机非金属渣(以无机非金属渣总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣25、硫铁矿渣40、磷石膏渣15、煤渣10、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例2
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为50％、无机非金属渣为50％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为20％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣15、铬渣20、锌渣25、铜渣10、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣25、硫铁矿渣25、磷石膏渣15、煤渣15、煤矸石渣10、稀土渣10。
实施例3
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为55％、无机非金属渣为45％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为15％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣40、钡渣20、铬渣20、锌渣5、铜渣5、钨渣10。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣30、硫铁矿渣35、磷石膏渣10、煤渣15、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例4
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为60％、无机非金属渣为40％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为15％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣15、铬渣15、锌渣30、铜渣10、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣30、硫铁矿渣40、磷石膏渣15、煤渣5、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例5
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为60％、无机非金属渣为40％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为15％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣35、钡渣25、铬渣25、锌渣5、铜渣5、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣35、硫铁矿渣30、磷石膏渣5、煤渣10、煤矸石渣10、稀土渣10。
实施例6
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为65％、无机非金属渣为35％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为15％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣15、铬渣15、锌渣30、铜渣10、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣35、硫铁矿渣35、磷石膏渣10、煤渣10、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例7
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为65％、无机非金属渣为35％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为10％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣30、钡渣30、铬渣20、锌渣5、铜渣5、钨渣10。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣35、硫铁矿渣40、磷石膏渣5、煤渣5、煤矸石渣10、稀土渣5。
实施例8
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为70％、无机非金属渣为30％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为10％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣30、钡渣15、铬渣35、锌渣5、铜渣5、钨渣10。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣40、硫铁矿渣25、磷石膏渣15、煤渣5、煤矸石渣5、稀土渣10。
实施例9
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为70％、无机非金属渣为30％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为10％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣35、铬渣15、锌渣10、铜渣10、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣40、硫铁矿渣30、磷石膏渣15、煤渣5、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例10
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为75％、无机非金属渣为25％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为10％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣15、铬渣30、锌渣20、铜渣5、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣40、硫铁矿渣35、磷石膏渣5、煤渣5、煤矸石渣5、稀土渣10。
实施例11
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为80％、无机非金属渣为20％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为5％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣25、钡渣40、铬渣15、锌渣5、铜渣5、钨渣10。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣45、硫铁矿渣25、磷石膏渣10、煤渣10、煤矸石渣5、稀土渣5。
实施例12
按重量份计，复合工业废渣矿化剂的组分及用量是：金属渣为80％、无机非金属渣为20％。所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为5％。金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：钢渣35、钡渣15、铬渣15、锌渣15、铜渣15、钨渣5。无机非金属渣(以总量为100％计)的具体组分及用量是：硫酸渣45、硫铁矿渣30、磷石膏渣5、煤渣5、煤矸石渣10、稀土渣5。
上述实施例生产方法，均与本发明所述的方法相同。首先将金属渣按配比混合并粉磨至400～500m2/kg的细粉，然后将无机非金属渣按配比混合并粉磨至300～400m2/kg的细粉的细粉，最后在水泥生料配料之前，预先将金属渣和无机非金属渣制备的复合工业废渣矿化剂按重量比例配合，并混均匀和活化后，再用配料秤配入。
将以实施例1～12所述的复合工业废渣矿化剂，代替萤石～石膏、铁粉制成的全黑生料(参比样)，于Ф2×8m机立窑生产线，烧制水泥熟料，对比结果如下：
表1水泥熟料的物理化学性能
Figure GSB00000684945500101
Figure GSB00000684945500111
这说明，相对于参比样水泥，掺有复合工业废渣矿化剂所生产的水泥，其3天抗压强度提高了1.1～3.0MPa，相当于增长了4～11％；其28天抗压强度提高了0.2～6.5MPa，相当于增长了9～12％。其3天抗折强度提高了0.1～0.9MPa，相当于增长了2～11％；其28天抗折强度提高了0.1～0.8MPa，相当于增长了1～10％。其比表面积提高了5～55m2/kg，相当于增加了5～18％。所生产的水泥安定性均合格，游离氧化钙含量减少了1.2～2.3％，相当于降低了36～70％。
本发明适用于不同品种水泥的生产过程，利用来源丰富的工业废渣为主要原料为水泥行业提供了一种质优价廉的复合工业废渣矿化剂及其生产方法。它可以增加水泥产量，提高水泥强度，降低生产成本，节约资源，保护环境。

Claims (3)

1.一种复合工业废渣矿化剂，所述的复合工业废渣矿化剂在水泥生料中掺入的重量百分比为5～20％；其特征在于，该复合工业废渣矿化剂的原料由金属渣与无机非金属渣组成，其重量百分比为：金属渣50～80％、无机非金属渣20～50％；其中，
所述的金属渣的重量份组成是：
Figure FSB00000684945400011
所述的无机非金属渣的重量份组成是：
Figure FSB00000684945400012
2.根据权利要求1所述的复合工业废渣矿化剂，其特征在于，所述金属渣与无机非金属渣的重量百分比为：金属渣60～70％、无机非金属渣30～40％。
3.根据权利要求1或2所述的复合工业废渣矿化剂，其特征在于，所述的金属渣的重量份组成是：
Figure FSB00000684945400021
所述的无机非金属渣的重量份组成是：
Figure FSB00000684945400022
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