CN102344258A

CN102344258A - 一种水泥熟料及其制备方法

Info

Publication number: CN102344258A
Application number: CN2011101773499A
Authority: CN
Inventors: 闫绍勇; 陈刚; 孙俊民; 张国希; 张战军; 周立平; 洪景南; 张晓云; 高峰
Original assignee: INNER MONGOLIA DATANG INTERNATIONAL RENEWABLE RESOURCES DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: INNER MONGOLIA DATANG INTERNATIONAL RENEWABLE RESOURCES DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明公开了一种水泥熟料及其制备方法。本发明水泥熟料由包括下列重量配比的原料制备而成：粉煤灰提铝残渣：60～88份，石灰石：38～10份，铁矿石：1～3份。水泥熟料的制备方法为：先将所述原料磨细，然后将磨细后的原料均化，最后煅烧得到水泥熟料。本发明克服了现有技术的诸多缺点，实现了原料简单，利用率高，不需要改进传统水泥生产工艺，所得硅酸盐水泥早期强度高，且强度涨幅较稳定没有太大波动。与传统水泥熟料生产相比，本发明可使每吨水泥熟料石灰石的消耗量降低60-90％，CO₂排放量降低60-90％，能耗降低30％以上，单台窑产能提高30％，是与粉煤灰提取氧化铝紧密链接的循环经济项目。

Description

一种水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术，尤其涉及一种水泥熟料及其制备方法。

背景技术

随着我国铝土矿资源的日益短缺，利用粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物提取氧化铝越来越受到人们的重视。例如，鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中富含一水软铝石和高岭石等矿物，燃烧后所产生的粉煤灰中氧化铝含量高达50％左右，与中等品位铝土矿中氧化铝含量相当，是一种非常宝贵的氧化铝生产原料。据统计，内蒙古中西部地区高铝粉煤灰的潜在储量高达150亿吨。随着我国铝土矿资源日益短缺，从包括高铝粉煤灰在内的其它含铝资源中提取氧化铝越来越引起人们的关注。因此综合开发利用这些高铝粉煤灰资源中的铝硅元素，不仅可以保障我国铝工业的战略安全，还有利于当地的环境保护和发展具有重要战略意义的循环经济产业。

粉煤灰提取氧化铝较为成熟的生产方法是碱法，而碱法又分为石灰石烧结法和碱石灰烧结法：

现有技术中，采用石灰石烧结法从粉煤灰中提取氧化铝产生的提铝残渣由于其成分和水泥熟料成分接近，碱含量低，利用其生产水泥熟料的研究较多。中国专利中专利号为03131079.6的“一种利用粉煤灰制备氧化铝联产水泥熟料的方法”和专利号为200410090949.1的“利用粉煤灰和石灰石联合生产氧化铝和水泥的方法”均以粉煤灰为原料利用石灰石烧结法生产氧化铝，产生的提铝残渣加入少量石灰石煅烧或直接煅烧水泥熟料。粉煤灰石灰石烧结法产生的提铝残渣主要物相是2CaO·SiO₂，4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃，其成份虽与水泥熟料成份接近，但是石灰石烧结法本身存在物料流量大，能耗高，残渣产出率高等问题致使该方法难以推广。铝土矿烧结法赤泥存在碱含量高，添加量低，赤泥配入水泥生料浆结硬等问题，导致其难以工业化应用。

相比石灰石烧结法而言，碱石灰烧结法物料流量及能耗物耗更低，比前者更适合于工业化推广，是粉煤灰提取氧化铝的主流工艺。尽管如此，碱石灰烧结法每吨氧化铝也将产生2-2.5吨提铝残渣，如果如此大量的提铝残渣不能加以利用，不仅占用大量土地，而且对环境产生二次污染，同时影响到粉煤灰提取氧化铝生产的经济效益。粉煤灰碱石灰烧结法与石灰石烧结法两类提铝残渣无论在化学成分还是物相构成上都有较大差别，目前碱石灰烧结法产生的粉煤灰提铝残渣因过高的碱含量而无法得到应用。

发明内容

本发明提供一种水泥熟料，用以解决现有技术中的缺陷，实现原料简单易得、利用率高、低能耗、产品性能优异。

本发明提供的一种水泥熟料，由包括下列重量配比的原料制备而成：

粉煤灰提铝残渣 60～88份

石灰石 38～10份

铁矿石 1～3份。

进一步地，所述粉煤灰提铝残渣为利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的提铝残渣经脱碱工序处理而成。所述粉煤灰提铝残渣的主要成分为硅钙。

进一步地，所述脱碱工序步骤如下：(1)将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；(2)在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；(3)将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。所述粉煤灰提铝残渣碱含量在0.6％以下，其主要化学成分为CaO和SiO₂，主要物相C2S的含量超过了70％，从理化性能来看在水泥建材行业具有较好的应用前景。

进一步地，所述粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：50～58、SiO₂：22～26、Al₂O₃：2～6、Fe₂O₃：1.52～3、MgO：1～3、Na₂O+0.66K₂O＜0.6、水＜30。所述粉煤灰提铝残渣经烘干后水的重量百分比＜3％。

进一步地，所述烘干包括如下步骤：将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率＜30％，滤饼经过烘干打散机在200～300℃下烘干，烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

进一步地，所述铁矿石中Fe₂O₃含量大于50％。

本发明提供上述水泥熟料的制备方法，实现原料简单易得，工艺方法简单、能耗低、便于实施推广。

本发明提供的一种水泥熟料的制备方法，包括如下步骤：首先将原料磨细，然后将磨细后的原料均化，最后煅烧得到水泥熟料。

进一步地，所述磨细后的原料细度为200-500目。

进一步地，所述煅烧为干法煅烧，所述煅烧温度为1250～1350℃。以粉煤灰提铝残渣为主要原料烧制水泥熟料，煅烧温度比传统方法降低50-150℃，可相对的延长回转窑的使用寿命。所采用的煅烧设备回转窑为水泥生产常规设备，不需额外增加设备或改变工艺。

本发明水泥熟料及其制备方法，原料简单易得、工艺科学合理，与现有水泥熟料生产技术相比，本发明具有以下几方面优点：

(1)、石灰石消耗量低。与传统方法相比，本发明采用高硅配方，可大幅降低石灰石的需求量。采用该工艺每生产一吨水泥熟料，仅需要石灰石0.2-0.4吨，而传统方法则需要1.2-1.3吨，可使每吨水泥熟料石灰石的消耗量降低60-90％，CO₂排放量降低60-90％，是与粉煤灰提取氧化铝紧密链接的循环经济项目。

(2)、能耗低。与传统的利用石灰石和粘土矿物生产水泥熟料的工艺相比，由于粉煤灰提铝残渣主要成分为C₂S，无须经过碳酸钙分解及C₂S合成等高耗热过程，因此可大幅度节约烧成能耗，加之熟料烧结温度比传统水泥熟料生产降低了50-150℃，每烧制一吨水泥熟料可降低烧成能耗超过30％。此外，粉煤灰提铝残渣比石灰石矿有更低的磨耗值，加之粉煤灰提铝残渣原料就是粉体，因此细磨成本要远低于传统方法。

(3)、回转窑产能高。与石灰石44％左右的烧失量(大部分是CO₂由石灰石中析出而造成的质量损失)相比，粉煤灰提铝残渣的烧失量(其中约8％为结晶H₂O，2％左右为CO₂)仅为10％，仅此一项，使能耗降低30％以上，可使单台回转窑的产能提高30％左右。

(4)、采用的粉煤灰提铝残渣为工业废渣，既减少了环境污染，又实现了废弃物的资源化利用，获得较好的经济和社会效益，对发展我国循环经济，缓解我国矿产资源短缺等具有战略意义。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的水泥熟料制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

粉煤灰提铝残渣 60～88份

石灰石 38～10份

铁矿石 1～3份。

上述水泥熟料可采用如下制备方法：先将所述原料磨细，然后将磨细后的原料均化，最后煅烧得到水泥熟料。通过本发明可以生产性能符合GB/T21372-2008标准的硅酸盐水泥熟料。

实施例1

图1本发明实施例一提供的水泥熟料制备方法的工艺流程图。

利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的主要成分为硅钙的残渣，将上述残渣经脱碱工序处理后得到粉煤灰提铝残渣。脱碱工序步骤如下：(1)将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；(2)在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；(3)将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。粉煤灰提铝残渣碱含量在0.6％以下，其主要化学成分为CaO和SiO₂，粉煤灰提铝残渣主要物相有C2S(硅酸二钙)，占提铝残渣总重量的70-80％，另外还含有5-10％的3CaO·Al₂O₃·6H₂O·nSiO₂(水化石榴石)，1-2％的Al(OH)₃、3-5％的CaCO₃、3-6％的含铁矿物、2-3％的钙钛矿(CaTiO₃)、1％左右的水合铝硅酸钠(Na₂O_1.7·Al₂O₃·SiO₂·nH₂O)，从理化性能来看在水泥建材行业具有较好的应用前景。

粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：57.30、SiO₂：24.70、Al₂O₃：4.39、Fe₂O₃：2.36、MgO：2.23、Na₂O+0.66K₂O：0.56、水＜30、烧失量：8∶46。Na₂O+0.66K₂O是水泥行业对水泥熟料或熟料原料中碱金属氧化物含量控制的一个标准计算公式，也就是硅钙渣中Na₂O的含量再加0.66倍的K₂O的含量之和必须要低于某一限定值。K₂O含量前面乘0.66是将原料中K₂O的质量含量按Na₂O与K₂O分子量之比进行折换，水泥原料或熟料中单位质量K₂O的危害小于Na₂O。

将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率＜30％，滤饼经过烘干打散机在200～300℃下烘干，烘干后粉煤灰提铝残渣含水率小于3％，干基烧失量小于10％。烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

本实施例采用的原料包括：粉煤灰提铝残渣60重量份、石灰石38重量份和铁矿石2重量份，铁矿石中Fe₂O₃含量应大于50％。相比现有技术中每生产一吨水泥熟料要消耗石灰石1.2-1.3吨，本实施例仅需要石灰石0.38吨，可大幅降低石灰石的需求量，可使每吨水泥熟料石灰石的消耗量降低60％，CO₂排放量降低60％。采用的粉煤灰提铝残渣为工业废渣，既减少了环境污染，又实现了废弃物的资源化利用。

首先将上述原料磨细，磨细后的原料细度为200-500目；然后将磨细后的原料均化，进行均化后原料(生料)取少量进行粒度测试，过120目筛，筛余7.8％，满足生料粒度要求，生料中筛余7.8％中有部分是粉煤灰提铝残渣(4.2％)，也有部分是石灰石与铁矿石(3.6％)，水泥生产中入窑生料指标要求是过120目筛，筛余小于10.0％；最后将均化后的原料(生料)送入回转窑内进行高温煅烧，煅烧温度为1350℃，所采用的煅烧设备回转窑为水泥生产常规设备，不需额外增加设备或改变工艺。冷却后制得水泥熟料S-1，将水泥熟料S-1送入球磨机球磨一定细度即可作为水泥的原料备用。与传统的利用石灰石和粘土矿物生产水泥熟料的工艺相比，由于粉煤灰提铝残渣主要成分为C2S，无须经过碳酸钙分解及C2S合成等高耗热过程，因此可大幅度节约烧成能耗约加之熟料烧结温度比传统水泥熟料生产降低了50-150℃，烧成温度仅为1350℃，每烧制一吨水泥熟料可降低烧成能耗超过30％。此外，粉煤灰提铝残渣比石灰石矿有更低的磨耗值，加之粉煤灰提铝残渣原料就是粉体，因此细磨成本要远低于传统方法。与石灰石44％左右的烧失量相比，粉煤灰提铝残渣的烧失量仅为10％，仅此一项，可使单台回转窑的产能提高30％左右。

将重量百分比分别为：75～82％的水泥熟料S-1、3～5％的石膏及15～25％的矿渣等水泥混合材经过水泥磨磨细后即可制得成品水泥熟料S-1，其化学组成及率值如表1所示。本实施例水泥熟料S-1所制备的水泥物理力学性能指标如表2所示。石灰饱和系数(KH)，即水泥熟料中的总的氧化钙含量减去饱和酸性氧化物(Al₂O₃、Fe₂O₃、SO₃)所需的氧化钙，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量，和理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需的氧化钙的含量之比。简而言之，石灰饱和系数表示二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。硅率(n)，SiO₂的百分含量与Al₂O₃和Fe₂O₃百分含量之比。铁率(p)，Al₂O₃百分含量与Fe₂O₃百分含量之比。

由表2可见所得硅酸盐水泥早期强度(3d)高，其早期强度甚至达到了625标号的水泥标准，符合国标要求的强度等级，且强度涨幅较稳定没有太大波动。

表1水泥熟料S-1化学组成及率值

表2由水泥熟料S-1制备的水泥物理力学性能指标

实施例2

与实施例以不同的是本实施例采用的原料(生料)包括：粉煤灰提铝残渣80重量份，石灰石18重量份，铁矿石2重量份混合并均化，均化后的生料取少量进行粒度测试，过100目筛，筛余7.2％，满足生料粒度要求。将均化后的生料送入回转窑内进行高温煅烧，煅烧温度为1360℃，冷却后制得水泥熟料S-2。

粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：56.71、SiO₂：25.36、Al₂O₃：4.62、Fe₂O₃：2.48、MgO：2.03、Na₂O+0.66K₂O：0.52、烧失量：8.28。

本实施例制得的水泥熟料S-2化学组成及率值如表3所示，采用水泥熟料S-2制备的水泥物理力学性能指标如表4所示。

表3水泥熟料S-2化学组成及率值

表4由水泥熟料S-2制备的水泥物理力学性能指标

本发明不局限于上述两个实施例所示的水泥熟料，只要采用了粉煤灰提铝残渣作为水泥熟料的原料均落在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种水泥熟料，其特征在于，由包括下列重量配比的原料制备而成：

粉煤灰提铝残渣 60～88份

石灰石 38～10份

铁矿石 1～3份。

2.根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣为利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的提铝残渣经脱碱工序处理而成。

3.根据权利要求2所述的水泥熟料，其特征在于，所述脱碱工序步骤如下：

(1)、将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；

(2)、在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；

(3)、将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。

4.根据权利要求1或2所述的水泥熟料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：50～58、SiO₂：22～26、Al₂O₃：2～6、Fe₂O₃：1.52～3、MgO：1～3、Na₂O+0.66K₂O＜0.6、水＜30。

5.根据权利要求4所述的水泥熟料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣经烘干后水的重量百分比＜3％。

6.根据权利要求5所述的水泥熟料，其特征在于，所述烘干包括：将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率＜30％，滤饼经过烘干打散机在200～300℃下烘干，烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

7.根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于，所述铁矿石中Fe₂O₃含量大于50％。

8.一种权利要求1-7任意一项所述水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先将所述原料磨细，然后将磨细后的原料均化，最后煅烧得到水泥熟料。

9.根据权利要求8所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述磨细后的原料细度为200-500目。

10.根据权利要求8所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述煅烧为干法煅烧，所述煅烧温度为1250～1350℃。