CN102249568B - 一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥及其生产方法 - Google Patents

一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥及其生产方法，属于水泥领域。本发明提供了一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥，水泥以石灰质原料、粘土质原料、镁质原料、铝矿废石和铜矿渣为原料经过生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨制得，其中原料配比重量组成为：石灰质原料67～80％，粘土质原料8～15％，镁质原料7～13％，铝矿废石0.5～5％，铜矿渣4～9％。本发明所得中热硅酸盐水泥碱含量≤0.50％，3天水化热≤231kJ/kg、7天水化热≤273kJ/kg。本发明采用工业废渣铜矿渣作铁质校正原料，铝矿废石作铝质校正原料，既解决固体废气物对环境的污染，变废为宝，同时提高了中热水泥的性能。

Description

一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种水泥，尤其涉及一种利用工业废渣及尾矿生产中热硅酸盐水泥。
背景技术
目前，大体积混凝土工程尤其是大坝混凝土，由于水化放热导致其内部温度升高，内部温度过高则可能导致混凝土内外温差过大，从而产生较大的温度应力；当温度应力大于混凝土的抗拉强度时，会导致大体积混凝土的开裂；因此，一般大体积混凝土工程尤其是水电大坝工程，通常采用水化放热相对较少的中热硅酸盐水泥做凝胶材料，然而在应用、研究过程中发现，中热硅酸盐水泥浇筑的混凝土的自生体积变形有微收缩，从而影响了混凝土的抗裂性能。此外，碱集料反应造成的破坏性膨胀也是导致大体积混凝土尤其大坝混凝土产生裂缝的主要原因之一。
随着水电工程对大坝混凝土技术要求的提高，仅仅具有中等水化热的水泥是不能避免大坝建设中混凝土碱集料反应、混凝土干缩等问题引起混凝土开裂的风险。因此，水电工程大坝用中热水泥则需要碱含量更低并具有微膨胀特性的中热硅酸盐水泥。
针对上述问题，中国专利申请(申请号为200810031986.3)公开了一种高镁中热硅酸盐水泥，该中热水泥MgO、SO3含量分别在3.0～6.5％，1.4～2.2％，用其磨制水泥的熟料的矿物组成重量百分比：C3S 35～55％，C2S 15～35％，C3A 1～6％，C4AF 10～25％；且上述水泥熟料中，MgO含量在3.0～6.5％；用其煅烧熟料的生料中，其成分为：CaO 38～48％，Fe2O33.5～4.5％，MgO 2.5～3.8％，并指出该中热水泥配制的混凝土具有流动性好、需水量低、水化热中等、后期强度高、耐久性好且具有微膨胀性能等特点，比传统的硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥更有利于实现混凝土的高性能化。
上述方法虽然提供了一种使中热硅酸盐水泥具有微膨胀特性的方法，但是在碱含量上没有更严的要求。混凝土原材料(包括水泥)中碱性物质过高会引起碱集料反应，产生膨胀物质引起混凝土产生内部自膨胀应力造成混凝土开裂从而影响混凝土耐久性。再者，从资源综合利用的角度出发，利于废弃物进行中热水泥生产对环境保护具有重大意义。随着市场经济的发展，水泥行业结构调整力度加大，国家倡导绿色环保型产品，逐渐提高工业废渣的利用率，减少废渣对生态环境的污染，减少废渣的堆放占用耕地，变废为宝，大力开发废渣资源，生产绿色环保型产品，节约能源，降低生产成本已经成为国际水泥工业可持续发展的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥。
本发明的技术方案：
本发明提供了一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥，水泥以石灰质原料、粘土质原料、镁质原料、铝矿废石和铜矿渣为原料经过生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨制得，其中原料配比重量组成为：石灰质原料67～80％，粘土质原料8～15％，镁质原料7～13％，铝矿废石0.5～5％，铜矿渣4～9％。
优选的，上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥中SO3、MgO、碱含量(R2O)重量百分含量分别控制为：1.5～3.0％，3～5％，0.25～0.50％。
本发明中碱含量(R2O)均按Na2O+0.658K2O计算值表示。
本发明还提供了制备上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥用生料，其中Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为：1.4～2.5％、2.8～4.0％、2.0～3.3％和0.10～0.30％。
进一步地，本发明还提供了制备上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥用熟料，其中Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5％、5.0～6.0％、3.0～5.0％、0.25～0.50％，且f-CaO≤0.8％。
本发明还提供了上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其制备过程主要分为生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨三个工序，即所谓“二磨一烧”；其中生料粉磨工序中采用的原料为石灰质原料，粘土质原料，镁质原料和校正原料，其特征在于：所述校正原料为铝矿废石和铜矿渣；原料配比重量组成为：石灰质原料67～80％，粘土质原料8～15％，镁质原料7～13％，铝矿废石0.5～5％，铜矿渣4～9％。
进一步的，上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，所述石灰质原料中CaO、R2O的含量分别控制为：50.0～55.0％、0～0.20％；所述粘土质原料中SiO2、R2O的含量分别控制为：80.0～90.0％、0～1.50％；所述镁质原料中MgO、R2O的含量分别控制为：18.0～25.0％，0～0.20％；所述铝矿废石中Al2O3、R2O的含量分别控制为：20.0～40.0％，0～0.70％；所述铜矿渣中Fe2O3、R2O的含量分别控制为：40.0～60.0％，0～1.5％；上述含量均以重量百分含量计。
优选的，上述石灰质原料为石灰石，粘土质原料为砂岩，镁质原料为白云石。
其中，所述生料粉磨工序中，生料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为：1.4～2.5％、2.8～4.0％、2.0～3.3％和0.10～0.30％。，上述含量均以重量百分含量计。
其中，所述熟料煅烧工序中，熟料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5％、5.0～6.0％、3.0～5.0％、0.25～0.50％，且f-CaO≤0.8％。
其中，所述熟料煅烧工序中，采用洗混煤为燃料，燃料煤灰碱含量≤2.0％。
其中，所述水泥粉磨工序中，中热硅酸盐水泥熟料与石膏混合，中热硅酸盐水泥熟料与石膏重量百分比为95∶5～97∶3，石膏为二级及以上天然石膏，碱含量0～0.5％，SO333.0～45.0％。
本发明的有益效果：
本发明利用水泥熟料中低C3A、高C4AF、高C2S矿物设计，使生产的水泥收缩性小，并将中热硅酸盐水泥中的MgO提高到3～5％，充分发挥MgO的微膨胀性能；所得中热硅酸盐水泥具有碱含量低、中等水化热、强度高、微膨胀等特性。碱含量≤0.50％，低于GB200-2003中≤0.60％要求；水化热低，3天水化热≤231kJ/kg、7天水化热≤273kJ/kg；28天抗压强度高且稳定，在48.5±3.5MPa范围。
此外，本发明采用工业废渣铜矿渣作铁质校正原料，铝矿废石作铝质校正原料，既解决固体废气物对环境的污染，也变废为宝，同时对提高中热水泥性能非常有利。
具体实施方式
本发明提供了一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥，水泥以石灰质原料、粘土质原料、镁质原料、铝矿废石和铜矿渣为原料经过生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨制得，其中原料配比重量组成为：石灰质原料67～80％，粘土质原料8～15％，镁质原料7～13％，铝矿废石0.5～5％，铜矿渣4～9％。
优选的，上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥中SO3、MgO、碱含量(R2O)重量百分含量分别控制为：1.5～3.0％，3～5％，0.25～0.50％。
本发明还提供了制备上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥用生料，其中Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为：1.4～2.5％、2.8～4.0％、2.0～3.3％和0.10～0.30％。
进一步的，本发明还提供了制备上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥用熟料，其中Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5％、5.0～6.0％、3.0～5.0％、0.25～0.50％，且f-CaO≤0.8％。
本发明还提供了上述低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其制备过程主要分为生料粉磨、熟料煅烧(煅烧制水泥熟料)、水泥粉磨三个工序，即所谓“二磨一烧”；其中生料粉磨工序中采用的原料为石灰质原料，粘土质原料，镁质原料和校正原料，所述校正原料为铝矿废石和铜矿渣。
上述碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法具体为：
生料的原料配比重量组成为：石灰石67～80％，砂岩8～15％，白云石7～13％，铝矿废石0.5～5％，铜矿渣4～9％；将各原料按配比要求在生料磨中磨制成细度0.08mm筛余不大于16.0％；
将上述生料送入新型干法回转窑中喷煤煅烧，选用洗混煤为燃料，洗混煤发热量(Qnet，ad)≥5400cal/g，燃料煤灰碱含量≤2.0％，全硫≤2.0％；
上述生料在新型干法回转窑中喷煤煅烧得到低碱中热硅酸盐水泥熟料，熟料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5％、5.0～6.0％、3.0～5.0％、0.25～0.50％，且f-CaO≤0.8％；控制水泥熟料的主要矿物组成为：C3S 35～54％，C2S 20～34％，C3A 0～4％，C4AF 15～18％；控制水泥熟料率值范围为：KH＝0.840～0.900，SM＝2.30～2.80，IM＝0.65～0.90，其中C3S是指硅酸三钙，C2S指硅酸二钙，C3A指铝酸三钙，C4AF指铁铝酸四钙；KH是石灰饱和系数，SM是硅酸率，IM是铝率；
将重量百分比为95～97％的上述中热硅酸盐水泥熟料与质量百分比为3～5％的石膏混合共同粉磨至细度0.08mm筛余不大于4.0％、比表面积为280～330m2/kg的粉体，同时要求粉体中SO3含量控制在1.5～3.0％，MgO含量在3～5％，R2O含量在0.25～0.50％，即可得到具有低碱微膨胀特性中热硅酸盐水泥；其中，石膏结晶水≥16.0％，碱含量0～0.5％，SO333.0～45.0％。
以下通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述。
实施例
采用一定配比的石灰石、高硅砂岩、铜矿渣、白云石、铝矿废石等作为生料进行配料，原材料主要化学成分见表1，燃料的工业分析结果和主要化学成分见表2和表3，生料配料比见表4，生料主要化学成分及率值见表5；采用新型干法回转窑煅烧出中热硅酸盐水泥熟料，熟料主要化学成分见表6，熟料率值及主要矿物组成见表7；将所得熟料与石膏粉磨得中热硅酸盐水泥，其主要化学成分控制指标及常规物理性能分别见表8和表9。其中燃料为洗混煤，洗混煤是乐山市、峨眉山市洗混煤加工厂采用烟煤为原煤破碎后用水冲洗选分，再与破碎的无烟煤搭配，配制出的符合用户要求的洗混煤。
表1原材料主要化学成分(重量百分比％)
Figure BDA0000060970130000051
表2燃料工业分析结果
Figure BDA0000060970130000052
表3燃料主要化学成分(重量百分比％)
表4生料配比(重量百分比％)
  实施例   石灰石   砂岩   铜矿渣   铝矿废石   白云石
  1   68.30   12.10   5.90   1.70   12.00
  2   70.50   9.76   5.71   2.06   11.97
  3   70.60   11.05   5.30   2.50   10.55
表5低碱微膨胀中热硅酸盐水泥生料主要化学成分及率值
Figure BDA0000060970130000061
表6低碱微膨胀中热硅酸盐水泥熟料主要化学成分
Figure BDA0000060970130000062
表7低碱微膨胀中热硅酸盐水泥熟料率值及主要矿物组成
Figure BDA0000060970130000063
表8低碱微膨胀中热硅酸盐水泥化学成分控制指标
Figure BDA0000060970130000064
表9低碱微膨胀中热硅酸盐水泥物理性能
Figure BDA0000060970130000071
上述实施例结果表明，本发明制得的中热硅酸盐水泥具有低碱微膨胀特性，水泥样品碱含量低于0.30％(GB200-2003要求小于等于0.60％)，且28天抗压强度高，水化热低，完全优于标准要求。

Claims (6)

1.一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥，其特征在于：水泥以石灰质原料、粘土质原料、镁质原料、铝矿废石和铜矿渣为原料经过生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨制得，其中原料重量配比为：石灰质原料67～80%，粘土质原料8～15%，镁质原料7～13%，铝矿废石0.5～5%，铜矿渣4～9%；并且：
生料中Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为：1.4～2.5%、2.8～4.0%、2.0～3.3%和0.10～0.30%；
熟料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5%、5.0～6.0%、3.0～5.0%、0.25～0.50%，且f-CaO≤0.8%；
其中，R2O按Na2O+0.658K2O计算值表示。
2.一种低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其制备过程分为生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨三个工序，即所谓“二磨一烧”；其中生料粉磨工序中采用的原料为石灰质原料，粘土质原料，镁质原料和校正原料，其特征在于：所述校正原料为铝矿废石和铜矿渣；原料配比重量组成为：石灰质原料67～80%，粘土质原料8～15%，镁质原料7～13%，铝矿废石0.5～5%，铜矿渣4～9%；并且：
生料粉磨工序中，生料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为：1.4～2.5%、2.8～4.0%、2.0～3.3%和0.10～0.30%；
熟料煅烧工序中，熟料中的Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O的含量分别控制为3.5～4.5%、5.0～6.0%、3.0～5.0%、0.25～0.50%，且f-CaO≤0.8%；
其中，R2O按Na2O+0.658K2O计算值表示。
3.根据权利要求2所述的低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，
所述石灰质原料中CaO、R2O的含量分别控制为：50.0～55.0%、0～0.20%；
所述粘土质原料中SiO2、R2O的含量分别控制为：80.0～90.0%、0～1.50%；
所述镁质原料中MgO、R2O的含量分别控制为：18.0～25.0%，0～0.20%；
所述铝矿废石中Al2O3、R2O的含量分别控制为：20.0～40.0%，0～0.70%；
所述铜矿渣中Fe2O3、R2O的含量分别控制为：40.0～60.0%，0～1.5%；
上述含量均以重量百分含量计。
4.根据权利要求2或3所述的低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，所述石灰质原料为石灰石，粘土质原料为砂岩，镁质原料为白云石。
5.根据权利要求2或3所述的低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，所述熟料煅烧工序中，采用洗混煤为燃料，燃料煤灰碱含量≤2.0%。
6.根据权利要求2或3所述的低碱微膨胀中热硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，所 述水泥粉磨工序中，中热硅酸盐水泥熟料与石膏混合，中热硅酸盐水泥熟料与石膏重量百分比为95：5～97：3，石膏为二级及以上，碱含量0～0.5%，SO3 33.0～45.0%。 
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