CN103214197B

CN103214197B - 一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法

Info

Publication number: CN103214197B
Application number: CN201310110697.3A
Authority: CN
Inventors: 严云; 谢斐琳; 胡志华
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: CN103214197A

Abstract

本发明公开了一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是包括：按硫铁矿烧渣25～35%、石灰石65～75%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min后，急冷，制得熟料；取熟料质量0～30%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m²/Kg，即制得水硬性胶凝材料。本发明以工业废渣硫铁矿烧渣作为原料制备以贝利特、铁相为主要矿物的水硬性胶凝材料；采用本发明，不仅提供了一种全新的水泥矿物体系，而且还大量利用了废弃物，降低了水泥生产成本，降低了煅烧温度，提高了环保效益，制备的胶凝材料具有优良的性能。

Description

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法

技术领域

本发明属于水硬性胶凝材料，涉及一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法。特别适用于以工业废弃物——硫铁矿烧渣（或富含铁、铝、硅等元素的其他工业废渣）等为原料制备水硬性胶凝材料，制备的水硬性胶凝材料适用作建筑材料。

背景技术

目前，水泥已成为使用最广泛的水硬性胶凝材料，我国的特种水泥主要以以下三大系列为主，即（1）以C4A3S，β-C2S和石膏为主要组分的硫铝酸盐水泥系列；（2）以C4AF，C4A3S，β-C2S和石膏为主要组分的铁铝酸盐水泥系列；（3）以C11A7·CaF2，β-C2S和石膏为主要组分的氟铝酸盐水泥系列。随着全球节能减排运动的兴起，探索全新的水泥矿物，研究开发节能型矿物，即低钙、低烧成温度的矿物体系，是未来特种水泥发展的要求。

现有技术中，普通硅酸盐水泥的制备主要存在煅烧温度高（＞1350℃），石灰石掺量高（CaO65～75%）的问题，大量使用燃料，增加了热耗且二氧化碳排放量高，不利于资源，能源和环境的保护，有悖于中国可持续发展的战略要求。而特种水泥品种繁多，分类复杂，其制备目前仍需要矾土等宝贵的矿产资源，不利于保护生态环境和资源的节约。

硫铁矿烧渣是硫铁矿制酸过程中的副产品，其主要化学成分为Fe2O3、Al2O3和SiO2。近几年来硫铁矿制酸稳定在1400万t左右，每生产1t硫酸约排除0.8～1.5t硫铁矿烧渣，现全国每年排出超过1100万t的硫铁矿烧渣。硫铁矿制酸中仅利用了硫铁矿中的硫资源，而含有的铁和其他有色金属元素最终富集到烧渣中。目前，硫铁矿烧渣的应用主要有以下两方面：一是品位较高的烧渣都被用作炼铁的原料，一是部分烧渣作为水泥添加剂使用。现有技术中，硫铁矿烧渣利用的专利有制备导电掺合料、制备絮凝剂、生产高纯硫酸亚铁和制备渗水防滑彩色花砖等。在我国每年废弃的大量工业废渣和金属尾矿中，含有较多的Fe2O3、Al2O3，利用这些工业废渣生产特种水泥，对于节约资源，保护生态环境具有重要意义。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法。本发明利用低品位硫铁矿烧渣（即氧化铁含量小于35%的烧渣），补充适量的钙源，在保证原料完全反应的前提下，低温煅烧，制备一种C2S-C4AF体系的、性能良好的水硬性胶凝材料。

本发明的内容是：一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣25～35%、石灰石65～75%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min（分钟）后，急冷，制得熟料；

c、制备胶凝材料：取熟料质量0～30%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

本发明的内容中：步骤c中所述0～30%的二水石膏较好的是替换为：10～30%的二水石膏。

本发明的内容中：步骤c中所述急冷较好的是以每分钟降温200～300℃的速度冷却煅烧后的物料。

本发明的内容中：步骤a中所述破碎磨细较好的是将原料组分破碎磨细至80μm筛筛余小于8%。

本发明的内容中：步骤b中所述的煅烧可以是在立窑或回转窑中煅烧，煅烧气氛以氧化气氛为宜。

本发明的内容中：步骤c中所述二水石膏可以是天然二水石膏或化工副产物石膏，例如：磷石膏、氟石膏、钛石膏等。

本发明的内容中：步骤a中所述硫铁矿烧渣的主要化学成分和质量百分比例组成为：SiO235～55%、Al2O325～45%、Fe2O320～35%、SO3 0～1%。

本发明的内容中：步骤b中所述将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min后较好的是替换为：将混合料置于1260～1300℃的温度下煅烧30～120min后。

本发明的内容中：步骤a中所述破碎磨细后混合均匀制得混合料，可以是将破碎磨细后的物料混合均匀制成球（直径1cm左右的球形颗粒）、压成块（直径80mm左右圆饼）或混合散料等形式。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

（1）本发明以石灰石、工业废渣硫铁矿烧渣为主要原料，制备一种C2S-C4AF体系的水硬性胶凝材料，为工业废渣——硫铁矿烧渣的有效处理提供了一条有效途径，具有良好的社会效益和经济效益；

（2）本发明以工业废渣硫铁矿烧渣代替矾土等其他矿物的加入，对于节约资源，保护生态环境有重要的意义；

（3）本发明的制备过程，采用低温烧成，节省燃料，降低热耗；与硅酸盐水泥相比，减少了石灰石的引入，减少了CO2的排放；且低温烧成熟料部分粉化，节省粉磨电能，符合国家“节能减排”号召；

（4）采用本发明，步骤a制得的混合料（即生料）的主要化学组成和质量百分比例一般为CaO54～60%、Al2O39～12%、SiO215～20%、Fe2O314～19%；步骤b制得的熟料的主要矿物相组成及相对含量为： C2S 45～55%、C4AF 45～55%、C4A3S 0～10%；本发明制得的熟料中C4AF含量高达45～55%，具有一定的早期强度（3d＞15MPa），C2S含量达到45～55%，具有稳定的后期强度（28d＞45MPa），产物性能优良；

（5）本发明以工业废渣——硫铁矿烧渣作为原料制备以贝利特、铁相为主要矿物的水硬性胶凝材料，不仅开辟了全新的水泥矿物体系，而且利用了大量废弃物，降低了水泥生产成本，降低了煅烧温度，提高了环保效益，制备的胶凝材料具有优良的水硬性；

（6）本发明制备工艺简单，工序简便，容易操作，实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例4中熟料的X射线衍射图谱。

具体实施方式

下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣30%、石灰石70%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧80min后，急冷，制得熟料；该熟料的矿物组成：C2S 47%、C4AF53%；

c、制备胶凝材料：将熟料磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

实施例2：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣25.2%、石灰石74.8%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧70min后，急冷，制得熟料；该熟料的矿物组成：C2S 53%、C4AF 47%；

c、制备胶凝材料：取熟料质量10%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

实施例3：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣26.1%、石灰石73.9%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧90min后，急冷，制得熟料；该熟料的矿物组成：C2S 55%、C4AF 45%；

c、制备胶凝材料：取熟料质量15%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

实施例4：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣31%、石灰石69%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧75min后，急冷，制得熟料；该熟料的矿物组成：C2S 45%、C4AF 55%；

检验结果：

经实测检验，实施例1出来4制备的胶凝材料的抗压强度见下表：

上述实施例1-4中：步骤a中所述硫铁矿烧渣的主要化学成分和质量百分比例组成为：SiO238.55%、Al2O331.55%、Fe2O324.75%，余量为CaO等其它杂质。

实施例5：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min后，急冷，制得熟料；

实施例6：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣25%、石灰石75%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1150℃的温度下煅烧120min后，急冷，制得熟料；

c、制备胶凝材料：取熟料磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

实施例7：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣35%、石灰石65%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；

b、煅烧：将混合料置于1350℃的温度下煅烧30min后，急冷，制得熟料；

c、制备胶凝材料：取熟料质量30%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

实施例8：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

b、煅烧：将混合料置于1270℃的温度下煅烧80min后，急冷，制得熟料；

实施例9—15：

一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

各实施例中原料组份的组成和质量百分比例见下表：

c、制备胶凝材料：取熟料质量0～30%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m2/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料；

各实施例制得的产物——水硬性胶凝材料具有良好的性能。

上述实施例中：步骤c中所述急冷是以每分钟降温200～300℃的速度冷却煅烧后的物料。

上述实施例中：步骤a中所述破碎磨细是将原料组分破碎磨细至80μm筛筛余小于8%。

上述实施例中：步骤b中所述的煅烧是在立窑或回转窑中煅烧，煅烧气氛以氧化气氛为宜。

上述实施例中：步骤c中所述二水石膏是天然二水石膏或化工副产物石膏，例如：磷石膏、氟石膏、钛石膏等。

上述实施例中：步骤a中所述硫铁矿烧渣的主要化学成分和质量百分比例组成可以为：SiO235～55%、Al2O325～45%、Fe2O320～35%、SO3 0～1%。

上述实施例中：步骤a中所述破碎磨细后混合均匀制得混合料，可以是将破碎磨细后的物料混合均匀制成球（直径1cm左右的球形颗粒）、压成块（直径80mm左右圆饼）或混合散料等形式。

上述实施例9-15中：步骤b中所述将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min后较好的是替换为：将混合料置于1260～1300℃的温度下煅烧30～120min后。

上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。

上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量（重量）百分比例；所述质量（重量）份可以均是克或千克。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims

1. 一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：按硫铁矿烧渣25～35%、石灰石65～75%的原料组成和质量百分比例取各组分，破碎磨细后混合均匀制得混合料；制得的混合料的主要化学组成和质量百分比例为CaO54～60%、Al₂O₃9～12%、SiO₂15～20%、Fe₂O₃14～19%；

b、煅烧：将混合料置于1150～1350℃的温度下煅烧30～120min后，急冷，制得熟料；制得的熟料的主要矿物相组成及相对含量为： C₂S 45～55%、C₄AF 45～55%、C₄A₃S 0～10%；早期强度3d＞15MPa，后期强度28d＞45MPa；

c、制备胶凝材料：取熟料质量0～30%的二水石膏添加到熟料中，混合磨细至比表面积400～500m²/Kg，即制得产物水硬性胶凝材料。

2.按权利要求1所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤c中所述0～30%的二水石膏替换为：10～30%的二水石膏。

3.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤b中所述急冷是以每分钟降温200～300℃的速度冷却煅烧后的物料。

4.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤a中所述破碎磨细是将原料组分破碎磨细至80μm筛筛余小于8%。

5.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤b中所述的煅烧是在立窑或回转窑中煅烧。

6.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤c中所述二水石膏是天然二水石膏或化工副产物石膏。

7.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤a中所述硫铁矿烧渣的主要化学成分和质量百分比例组成为：SiO₂35～55%、Al₂O₃25～45%、Fe₂O₃20～35%、SO₃0～1%。

8.按权利要求1或2所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤b中所述煅烧温度为1260～1300℃。

9.按权利要求3所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤b中所述煅烧温度为1260～1300℃。

10.按权利要求5所述一种低温烧成水硬性胶凝材料的制备方法，其特征是：步骤b中所述煅烧温度为1260～1300℃。