CN103319193A

CN103319193A - 利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法

Info

Publication number: CN103319193A
Application number: CN2013101986371A
Authority: CN
Inventors: 陈益兰; 徐伟
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-09-25

Abstract

一种利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，配料是硫铝酸盐碱度系数为0.70-0.97时，主要原料粉煤灰为原料总质量的20-30%，电石渣为50-70%，脱硫石膏为8-15%。将粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、粘土、赤泥、矿化剂等按配比称量、配料、磨细、混匀后加水成球，干燥后先预热，再煅烧，冷却后得颗粒状产品。把颗粒状产品破碎、粉磨至比表面积为300-350m²/kg后具有胶凝性。本发明的方法以工业废渣为主要原料，加入少量塑性材料和化学外加剂，经配料、均化、低温煅烧得到含多微孔硫铝酸盐型无机胶凝材料，经破碎、粉磨得胶凝性能和保温性能良好的多微孔材料。

Description

利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法

技术领域

本发明涉及一种含多微孔的硫铝酸盐型无机材料、特别是利用工业废渣制备含有多微孔的硫铝酸盐型无机材料的方法。

背景技术

随着我国资源逐步匮乏，多种建筑材料资源也更趋于紧张；同时建筑材料的生产要消耗大量的资源和能源，不符合国家节能环保的要求。对资源的合理化应用、企业生产应降低能耗、增加经济效益，已成为当务之急的任务。

在需要降低资源和能源消耗的同时，工业废渣粉煤灰、电石渣、脱硫石膏的年排放量却数量惊人，而目前的利用率并不高，因此做好工业废渣的综合利用，是建材行业可持续发展的需要，也是提高经济效益和社会效益的必经之路。

近年来，曾有采用粉煤灰和石灰石、或铝矾土和电石渣、或铝矾土和脱硫石膏等成功制备硫铝酸盐水泥的报道。但是，所用的原料石灰石、铝矾土等均为天然非金属矿资源，且煅烧温度较高。用粉煤灰、电石渣、脱硫石膏等工业废渣配料制备硫铝酸盐水泥在目前国内还很少见到有相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用粉煤灰、电石渣、脱硫石膏等工业废渣为主要原料，掺入少量的塑性材料和矿化剂，经过配料、均化、低温煅烧制备一种含多微孔的硫铝酸盐型无机材料的方法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

1配料：硫铝酸盐碱度系数为0.70-0.97，粉煤灰为制备硫铝酸盐型无机胶凝材料原料总质量的20-30%，电石渣为总质量的50-70%，脱硫石膏为总质量的8-15%，粘土为总质量的0-10%，赤泥为总质量的0-3%，矿化剂为总质量的1-2%；

2.工艺步骤：将原料粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、粘土、赤泥、矿化剂等按配比称量、配料并使之均匀混合，粉磨后过0.08mm筛，加水成球、干燥后先预热，再煅烧，冷却后得产品。

矿化剂为CaF₂、TiO₂、CuO中的一种或两种。

混合料过0.08mm方孔筛筛余小于10%。

加水成球的料水质量比为5:1。

料球干燥后在400-450℃下预热，保温时间为10-15min。

煅烧温度为1220℃至1300℃，保温时间为10-20min。

冷却后得到颗粒状产品，对其表观密度、1h吸水率进行检测。

该产品经破碎、粉磨至比表面积为300-350m²/kg,对其3d强度和28d强度等性能指标进行测定。

用本发明的方法制备的硫铝酸钙型建筑胶凝材料，以粉煤灰、脱硫石膏和电石渣等为主要原料，加入少量塑性材料和化学外加剂，经过配料、均化、低温煅烧得到硫铝酸钙型无机胶凝材料，其主要矿物是无水硫铝酸钙和硅酸二钙，经破碎、粉磨制得具有良好胶凝性能和多孔保温性能的多微孔材料。

具体实施方式

在制备含硫铝酸盐矿物时，所需的CaO和Al₂O₃的量比较多，SiO₂的量处于次要位置：但在制备具有多孔性的陶粒时，所需的主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃，而CaO含量较少。即：要形成多孔性、并有适宜的粘度和表面液相，要求原料中SiO₂和Al₂O₃掺量较多；而要形成胶凝矿物，则要求以CaO的含量为主，此时料球仅仅是部分熔融，难以形成表面熔融。两种材料都能单独通过用天然材料或者部分工业废渣制备，但既要形成多孔性的陶粒，又需产生胶凝矿物，本身是个矛盾，如何解决两者的矛盾，通过调整配方并改变工艺条件，找出两者的契合点，是本发明要解决的技术问题。

由于粉煤灰、电石渣、脱硫石膏等工业废渣的化学成分和矿物组成符合硫铝酸盐型无机胶凝材料的配料要求，用于制备硫铝酸盐型建筑胶凝材料是可行的。此外，粉煤灰陶粒的焙烧温度大约1250℃，与形成无水硫铝酸钙的煅烧温度相近，只要能在烧制时物料出现适宜的粘度和表面液相，就可以制备出具有一定的孔隙又有胶凝性的材料。

在本发明的技术中，由电石渣提供CaO，粉煤灰主要提供Al₂O₃、SiO₂，脱硫石膏主要提供CaSO₄，这些氧化物在烧制过程中产生胶凝矿物。

当硫铝酸盐碱度系数较低时，能得到所得材料的主要矿物相为钙铝黄长石和β-C2S，早期强度低，β-C2S主要提供后期强度。

硫铝酸盐碱度系数较高（Cm＞0.9）的配方，所得材料的主要矿物相为无水硫铝酸钙和β-C2S，无水硫铝酸钙的早期强度较高。

在烧制时，1220℃左右是能形成液相的膨胀温度，在此温度下试样具有一定的表面张力和软化，此时料球表面被液相包围，成为一个半熔融软化体。

混合料中电石渣的Ca(OH)₂和CaCO₃在受热条件下分解，释放出气体CO₂；粉煤灰中含有的赤铁矿和碳反应释放出CO和CO₂；脱硫石膏分解释放出气体SO₂。

温度继续升高后，料球颗粒间发生固相反应，发生收缩，料球变得致密；达到一定温度料球出现液相，随着液相量增加，液相高温粘度逐渐降低并在膨胀温度范围内矿物成分发生氧化还原反应，此时料球具有一定的粘度，同时有CO₂、CO等膨胀气体被包裹在熔体中，难以逸出，从而造成料球膨胀，这时，固相之间继续反应，形成陶粒矿物相。

料球中逸出的气体，并非全部被液相所包围，而是处于“内部气体不断逸出与料球各部分适宜粘度的液相抑制气体逸出”的动态平衡过程，从而产生气孔，形成封闭孔隙。

当继续升温、焙烧温度超过膨胀温度范围后，液相粘度急剧降低，CO₂、CO气体压力逐渐增大，直至能从高温熔体中逸出，而熔体趋于熔化，最后相互粘结。

快速冷却使固相处于玻璃态，迅速硬化，保持其矿物性能，也使孔隙完整保留下来。

实施例1：

硫铝酸盐碱度系数小于0.75的配方：粉煤灰为原料总质量的23-26%，电石渣为53-58%，脱硫石膏为8%，粘土为9%，赤泥为3%，矿化剂是CaF₂、数量为制备硫铝酸盐型无机材料原料总质量的1%，具体配方见表1。

工艺条件：预烧温度为400℃，预热时间为15min；煅烧温度为1250℃，保温时间为13min。

工艺流程：将粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、粘土、赤泥、矿化剂按配比称量、配料并使之均匀混合，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10%，按料水质量比为5:1加水成球，经过干燥、预热，煅烧、冷却得颗粒状产品。然后对颗粒状产品的表观密度、1h吸水率和孔隙率检测。把颗粒状产品破碎、粉磨至比表面积为300m²/kg，按料水质量比3:1加水搅拌至均匀，再把浆体注入试模成型、标养至3d和28d，测其抗压强度。

以配方H2为例其检测结果为：颗粒状产品的表观密度是1.20g/cm^-3，吸水率是2.78%；粉磨产品的3d强度和28d强度分别为4.2MPa和12.4MPa；

表1试样配方表/%

实施例2、

硫铝酸盐碱度系数为0.97的配方：粉煤灰为制备硫铝酸盐型胶凝材料原料总质量的23-26%，电石渣为63-67%，脱硫石膏为6-13%，矿化剂TiO₂＋CuO=1.5%，具体配方见表2。

工艺条件：预烧温度为450℃，预热时间为10min，煅烧温度为1300℃，保温时间为15-20min。

工艺流程：将粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、矿化剂按配比称量，配料并使之均匀混合，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10%，按料水质量比为5:1加水成球，然后经过干燥、预热，煅烧、冷却即得颗粒状产品。然后对颗粒状产品的表观密度、1h吸水率和孔隙率检测。把颗粒状产品破碎、粉磨至比表面积为350m²/kg后，按料水质量比为3:1加水搅拌至均匀，再把浆体注入试模成型、标养至3d和28d，测其抗压强度。

以配方W3为例其检测结果为：表观密度是1.41g/cm³，吸水率是2.33%，3d强度和28d强度分别为8.5MPa和20.3MPa；

表2不同脱硫石膏量的试样配方/%

表中：P是铝硫比，即Al₂O₃与SO₃的质量百分比。

Claims

1.一种利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是：

⑴配料：硫铝酸盐碱度系数为0.70-0.97，粉煤灰为制备硫铝酸盐型无机胶凝材料原料的总质量的20-30%，电石渣为50-70%，脱硫石膏为8-15%，粘土为0-10%，赤泥为0-3%，矿化剂为1-2%；

⑵工艺步骤：将原料粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、粘土、赤泥、矿化剂按配比称量、配料并使之均匀混合，粉磨后过0.08mm方孔筛，加水成球、干燥后先预热，再煅烧，冷却后得颗粒状产品。

2.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是矿化剂是CaF₂、TiO₂、CuO中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是混合料过0.08mm方孔筛后筛余小于10%。

4.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是加水成球的料水质量比为5:1。

5.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是成球的料干燥后在400-450℃下预热，保温时间为10-15min。

6.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是物料煅烧温度为1220℃至1300℃，保温时间为10-20min。

7.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是冷却后得到颗粒状产品并对产品的表观密度、1h吸水率等性能指标进行测定。

8.如权利要求1所述的利用工业废渣制备含多微孔硫铝酸盐型无机材料的方法，其特征是把颗粒状产品破碎、粉磨至比表面积为300-350m²/kg后，按料水质量比为3:1加水搅拌至均匀，再把浆体注入试模成型、标养至3d和28d，测其抗压强度。