CN101786812A - 一种利用煤矸石制备的高贝利特硫铝酸盐水泥 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用工业废渣制备的高贝利特硫铝酸盐水泥，所用生料为石灰石、工业废渣煤矸石和磷石膏，按照常规制备方法，控制煅烧温度在1400±20℃，加入缓凝剂，按照具体实施步骤操作，即可制得高贝利特硫铝酸盐水泥。其中生料中主要有效成分包括：SiO2：20.71％-21.53％，Al2O3：15.78％-16.53％，Fe2O3：2.27％-2.35％，CaO：51.98％-55.21％。制得的高贝利特硫铝酸盐水泥性能优于52.5R普通硅酸盐水泥的性能。

Description

一种利用煤矸石制备的高贝利特硫铝酸盐水泥
技术领域
本发明属于水泥技术领域，具体涉及利用工业废渣煤矸石和磷石膏制备的高贝利特硫铝酸盐水泥。
背景技术
国外在利用粉煤灰制备高贝利特铝酸盐水泥的研究中(程邵华译，利用粉煤灰煅烧硫铝酸盐贝利特水泥.四川水泥.1996，4)，以粉煤灰、石灰石和石膏为原料，做了一系列的研究。结果表明，水泥中f-CaO对于促进钙矾石的形成有重要作用；可作为高早强水泥；早期孔隙率低于相同条件下波特兰水泥，28天孔隙率两者持平；熟料的相组成设计容易，但是各地原料组分不同，不能确定生料的配比。
前苏联研究者(张丕兴译，快硬硫铝酸盐贝利特水泥.)，还以白垩石膏、高岭粘土、含铝高的火山灰、炼铝渣、明矾石、碱性高炉渣等为原料，烧成了高贝利特硫铝酸盐水泥，原料中仅对氧化铝提出特殊要求，即Al2O3≥20％。但是对于大部分工业废渣来说，掺加到原料中时，并不能满足这个条件以及率值条件。而本发明确定了具体的率值范围。
印度研制出一种称之为波色尔的水泥(S.Diamond，CementConcrete Research，2，617，1972)。以石灰石、粘土、矾土、石膏为原料，萤石为矿化剂，可在较低温度下烧成。波色尔水泥具有生产能耗低及抗腐蚀性、抗硫酸盐性能好的优点。但是加入萤石容易使水泥产生快凝现象，并且长期使用萤石还容易对窑内耐火砖产生腐蚀。
国内研究者采用工业原料石灰石、粉煤灰、铜尾矿，及少量的化学纯二水石膏，以Al2O3作校正原料(冯培植，李发堂.新型贝利特水泥的研制.水泥.1999，11)。制得的这种介于硅酸盐水泥和硫酸盐水泥之间的新型水泥正是上面所述的高贝利特硫铝酸盐水泥。但是这种水泥还处于起步阶段，具体的标准尚未制定出来。我国工业废渣的开发利用还很不平衡，大量废渣被搁置，污染环境，而且造成资源的浪费，所以利用废渣制备高贝利特硫铝酸盐水泥的潜力很大。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中的问题，提供一种利用工业废渣煤矸石、磷石膏和石灰石制备的高贝利特硫铝酸盐水泥。
本发明的一种利用煤矸石制备的高贝利特硫铝酸盐水泥，其特征在于，所用生料为工业废渣煤矸石、磷石膏和石灰石，按照常规制备方法，控制煅烧温度在1400±20℃，加入缓凝剂，按照具体实施步骤操作，即可制得高贝利特硫铝酸盐水泥，其中生料中主要有效成分包括：SiO2：20.71％-21.53％，Al2O3：15.78％-16.53％，Fe2O3：2.27％-2.35％，CaO：51.98％-55.21％，上述为质量百分比。
结合各种原料的实际化学成分(见表1)，可以确定生料中石灰石质量份数：64.5-69.1，磷石膏质量份数：4.9-7.5，煤矸石质量份数：26.0-28.1。按照常规制备方法，控制煅烧温度在1400±20℃，加入缓凝剂硬石膏，按照具体实施步骤操作，即可制得高贝利特硫铝酸盐水泥。
本发明所用缓凝剂优选为硬石膏。
原料中Al2O3全部或绝大部分转化成C4A3S，SiO2全部或绝大部分转化成β-C2S。设计熟料的主要矿物组成包括β-C2S 50-65％、C4A3S 20-25％、C4AF 5-7％，上述为质量百分比。
碱度系数Cm在1±0.05的范围内波动，铝硫比P≤4。因为制得的是高贝特水泥，硅含量较高，铝硅比N比较小，故不对其进行要求。
制得的这种高贝利特硫铝酸盐水泥性能介于普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥之间。其强度性能优于52.5R普通硅酸盐水泥，后期强度增进率优于硫铝酸盐水泥，可以改善硫铝酸盐水泥的后期强度。并且可以利用工业废渣进行制备高贝利特硫铝酸盐水泥，保护环境，节约能源，变废为宝。
表1原料的实际化学成分
  原料   烧失量   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   TiO2   SO3
  石灰石   40.76   3.52   1.63   0.43   51.24   1.48
  磷石膏   20.48   2.66   0.93   0.34   31.16   0.17   43.99
  煤矸石   9.37   43.74   36.32   4.66   0.84   1.21   0.84   1.32
具体实施方式
结合表1中各种原料的实际化学成分，对本发明做进一步说明。
实施例1
将石灰石、煤矸石、磷石膏分别在温度为100℃烘干机内烘干，用试验用小磨机粉磨，石灰石和石膏通过过0.08mm方孔筛筛余5％以下，煤矸石磨细至全部通过0.08mm方孔筛。然后取石灰石64.5g，磷石膏7.5g，煤矸石28.1g，将上述生料放入搅拌式混料机中，混合均匀后取出(其中生料中有效成分为SiO2＝21.53％，Al2O3＝16.53％，Fe2O3＝2.35％，CaO＝51.98％)。
在混合好的生料中加水，水灰比为0.41，并搅拌均匀。用试模在30KN的压力下压制成φ25mm×5mm的小试饼数个，然后将剩余搅拌好的生料在模具内，以50KN的压力下挤压成φ100mm×20mm波形圆饼。然后把大小饼放入100℃烘干机中恒温烘干2小时，备用。
在耐火砖里铺满氧化铝，用压膜压平。然后散上薄薄一层生料粉，将做好的生料饼放在的生料粉上。小试饼最多可以放六个，大试饼只能放一个。将放有试饼的耐火砖放进硅鉬棒电炉中，迅速升温到1400℃。到达目标温度后，保温1小时。
取出后，采用吹风冷却的方式急速冷却。冷却到室温后取出。敲掉熟料试饼底部粘附的散熟料粉，装入密封袋里，贴上标签。烧成的熟料呈黑褐色，结构致密，明显的烧结现象。
用颚式破碎机将烧成的熟料破碎至物料粒径小于7mm，再入试验用标准小磨机粉磨，细度控制在过0.08mm方孔筛筛余5％以下。
在粉磨好熟料中，加入缓凝剂硬石膏。硬石膏的细度要在通过0.08mm方孔筛筛余5％以下，掺量控制在熟料质量的15％左右，以保证正常的凝结时间。然后将熟料和硬石膏放入搅拌式混料机中，搅拌均匀后取出，装入密封袋中，贴上标签。
按照GB1346-8《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行试验，水泥净浆标准稠度的测定采用调整水量法。该配料的标准稠度为26.50，标准用水量149ml，水泥的初凝时间33min，终凝时间68min。按照GB2419-94《水泥胶砂流动度测定方法》和GB177-85《水泥胶砂强度检验方法》测定，水灰比为0.43，水泥28天的抗压强度70.1MPa，抗折强度5.1MPa。
实施例2
将石灰石、煤矸石、磷石膏分别在温度为100℃烘干机内烘干，用试验用小磨机粉磨，石灰石和石膏通过过0.08mm方孔筛筛余5％以下，煤矸石磨细至全部通过0.08mm方孔筛。然后取石灰石69.1g，磷石膏4.9g，煤矸石26.0g，将上述生料按配比称取，并在生料放入搅拌式混料机中，混合均匀后取出(其中原料中有效成分为：SiO2＝20.71％，Al2O3＝15.78％，Fe2O3＝2.27％，CaO＝55.21％)。
在混合好的生料中加水，水灰比为0.41，并搅拌均匀。用试模在30KN的压力下压制成φ25mm×5mm的小试饼数个，然后将剩余搅拌好的生料在模具内，以50KN的压力下挤压成φ100mm×20mm波形圆饼。然后把大小饼放入100℃烘干机中恒温烘干2小时，备用。
在耐火砖里铺满氧化铝，用压膜压平。然后散上薄薄一层生料粉，将做好的生料饼放在的生料粉上。小试饼最多可以放六个，大试饼只能放一个。将放有试饼的耐火砖放进硅鉬棒电炉中，迅速升温到1400℃。到达目标温度后，保温1小时。
取出后，采用吹风冷却的方式急速冷却。冷却到室温后取出。敲掉熟料试饼底部粘附的散熟料粉，装入密封袋里，贴上标签。烧成的熟料呈黑褐色，结构致密。明显的烧结现象。
用颚式破碎机将烧成的熟料破碎至物料粒径小于7mm，再入试验用标准小磨机粉磨，细度控制在过0.08mm方孔筛筛余5％以下。
在粉磨好熟料中，加入凝结剂硬石膏。硬石膏的细度要在通过0.08mm方孔筛筛余5％以下，掺量控制在熟料质量的15％左右，以保证正常的凝结时间。然后将熟料和硬石膏放入搅拌式混料机中，搅拌均匀后取出，装入密封袋中，贴上标签。
按照GB1346-8《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行试验，水泥净浆标准稠度的测定采用调整水量法。该配料的标准稠度为28.00，标准用水量145ml，水泥的初凝时间27min，终凝时间48min。按照GB2419-94《水泥胶砂流动度测定方法》和GB177-85《水泥胶砂强度检验方法》测定，水灰比为0.44，水泥28天的抗压强度59.8MPa，抗折强度6.9MPa。

Claims (4)

1.一种利用煤矸石制备的高贝利特硫铝酸盐水泥，其特征在于，所用生料为石灰石、工业废渣煤矸石和磷石膏，按照常规制备方法，控制煅烧温度在1400±20℃，加入缓凝剂，按照现有技术具体实施步骤操作，即可制得高贝利特硫铝酸盐水泥。
2.按照权利要求1所述的高贝利特硫铝酸盐水泥，其特征在于，生料中主要有效成分质量百分比为：SiO2：20.71％-21.53％，Al2O3：15.78％-16.53％，Fe2O3：2.27％-2.35％，CaO：51.98％-55.21％。
3.按照权利要求1所述的高贝利特硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述石灰石质量份数：64.5-69.1，磷石膏质量份数：4.9-7.5，煤矸石质量份数：26.0-28.1。
4.按照权利要求1所述的高贝利特硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述缓凝剂为硬石膏。
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