CN103466977A - 一种水泥替代原料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种水泥替代原料的制备方法，属于建筑材料领域，制备出的富钙富硅水泥替代原料可降低水泥工业的CO2气体排放量、降低单位熟料烧成热耗、节约优质石灰石。将粉煤灰加入到含水量为80%-95%的湿排电石渣中，粉煤灰掺加量添加量为每100g湿排电石渣中掺加14～20g粉煤灰；机械压滤后得到材料的含水量为15%～20%。还可同时掺加有机物质聚丙烯酰胺做脱水剂，调质后电石渣料浆进行机械脱水处理时可有效的降低电石渣的含水率，最低含水量可达15%。得到的材料中氧化钙含量不低于45%，氧化硅含量不低于17%，满足水泥原料的品质要求。这种原理制造水泥，其化学成分、凝结时间、强度等性能与常规水泥相比较基本相同。

Description

一种水泥替代原料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种水泥替代原料的制备方法。
背景技术
水泥工业是单位GDP排放CO2比较高的行业。水泥烧制以石灰石作为原材料，生产每吨熟料大约排放0.8吨CO2，其中有2/3CO2来自石灰石CaCO3分解产生的。如何加大节能减排的力度，将水泥单位产值的CO2排放量降下来，是水泥工业面临的一大课题，也是一项不可回避而又十分艰巨的战略任务。随着水泥工业的飞速发展，运用工业废料及低品质原材料制作高品质水泥成为了一个热门的主题。因此制备出一种可以替代石灰石的水泥原料对水泥工业生产、环境污染及能源消耗等问题的改善有重要的意义。
电石渣是工业生产乙炔气、聚氯乙烯、等过程中电石水解后产生的废渣。大规模的电石渣排放造成了严重的污染问题。然而，电石渣又是一种可以用来生产水泥的理想替代原料，其主要成分为Ca(OH)2，约在70%左右，是一种优质的钙质原料。相比于石灰石，电石渣分解热耗低，单位熟料烧成热耗可下降1/3，每生产1吨熟料可节约1.28吨优质石灰石，同时减少0.57吨CO2排放。但由于电石废渣含水量过高，且保水性好，湿电石渣液（含水高达90%）通过浓缩、压滤等方法制成含水35%左右滤饼，含水35%的电石渣滤饼在输送、计量和控制上较为困难，生料成分易波动，因此电石渣中其余水分需进行预烘干脱除。电石渣烘干终水分是越低越好，但需要的热量太多，单机产量低，综合能耗较高。
用电石渣代替石灰石烧制水泥熟料，既可满足工业废渣的处理及循环利用，又可节约石灰石资源，同时降低CO2气体排放，可谓一举多得。如果可以改善电石渣高含水率，脱水困难，并且同时提高电石渣中SiO2含量，就能够很好的利用电石渣做水泥的钙质替代原料。因此结合电石渣自身特性，选择 适宜的干燥剂制备出满足水泥生产要求的替代原料，提高电石渣的利用率有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决以上问题，提出一种可替代水泥原料的制备方法。制备方法为分别利用粉煤灰作为絮凝剂，对电石渣料浆进行处理，提高电石渣浆的脱水效率，降低经浓缩干燥的电石渣水分，同时得到的原料氧化钙和氧化硅含量均较高，满足水泥生产的需要，可以作为水泥替代原料。即通过此方法制备得到的水泥替代原料可减少预烘干过程的热量消耗及CO2排放量，提高水泥生产效率及经济效益。
本发明的主要技术方案是这样实现的，在电石砂浆中加入粉煤灰、聚丙烯酰胺，调理后的电石砂浆经过机械脱水处理后得到的电石渣含水量低可作为水泥替代原料。
一种水泥替代原料的制备方法，其特征在于：将粉煤灰加入到含水量为80%-95%的湿排电石渣中，粉煤灰掺加量添加量为每100g湿排电石渣中掺加14～20g粉煤灰；机械压滤后得到材料的含水量为15%～20%。主要化学组成为：烧失量18.45～19.13；CaO含量为48.21%～50.06%；Al2O3含量为12.57%～11.57%；SiO2含量为18.53%～17.13%。本发明中除非特别指明，其中的含水量、含量都是质量含量。
此材料替代石灰石用作水泥原料制备得到的水泥熟料抗压强度及抗折强度性能与常规水泥相比较基本相同，抗压强度：3天为6.1MPa；28天为9.6MPa，抗折强度：3天为28.7MPa；38天为56.3MPa。
为进一步加强电石渣脱水效果，混合粉煤灰和电石渣过程中加入聚丙烯酰胺，其添加量为每1L湿排电石渣中掺加80-100mg质量浓度为0.05%-0.06%的聚丙烯酰胺。
进一步，混合粉煤灰和电石渣过程中加入聚丙烯酰胺，具体制备方案如下：按上述配比先在含水量为80%-95%的湿排电石渣中加入聚丙烯酰胺，混合搅拌5分钟，静置10分钟，经过真空抽滤，抽滤压力P=0.08MPa直到30秒内无水滴滤出停止，将过滤得到的电石渣浆取出，加入粉煤灰，粉煤灰掺加量添加量为每100g湿排电石渣中掺加14～20g粉煤灰；混合搅拌5分钟，进行机械压滤。
粉煤灰的比表面积较大、表面能高，且存在着许多铝、硅等活性点，因此，它具有较强的吸附能力。粉煤灰加入电石渣后主要起到以下两个作用：(1)加入的粉煤灰起到电性中和及吸附架桥的作用,破坏电石渣胶体颗粒的稳定,使分散的小颗粒之间相互聚集形成大颗粒,从而改善电石渣的脱水性。(2)粉煤灰是多种颗粒的机械混合物,孔隙率一般为60%-70%。另外,由于原电石渣料浆粘性比较大,可压缩性差,而加入粉煤灰后的电石渣料浆由于增大了料浆的空隙度及降低粘度,比阻会逐渐降低。在这两个作用下，电石渣浆体中颗粒迅速积聚，同时粉煤灰为电石渣搭建起骨架，使其保持较大的孔隙率，易于水分的脱除。
聚丙烯酰胺是一种高分子絮凝剂，常用于污泥脱水。在絮凝过程中，高分子絮凝剂吸附在颗粒表面，由于其具有高分子长链结构，有时可同时吸附于多个颗粒上；之后，通过“架桥”的方法使两个或更多胶体颗粒联接在一起，成为絮体，从而导致絮凝沉淀作用。聚丙烯酰胺和粉煤灰作为有机无机复合的电石渣脱水剂可以有效改善电石渣的脱水效果。
本发明的积极效果是：通过上述方法可以制备得到一种可以作为水泥生产的替代原料。应用此方法制备的原料代替石灰石烧制水泥熟料，可以完全或者部分替代石灰石，替代质量比例为1:1-1:1.1，实施例子中以1:1代替石灰石；既可降低CO2气体排放，节约石灰石资源，又可满足工业废渣的处理及循环利用。同时解决电石渣含水量高，脱水困难的问题。
与现有技术相比，本发明降低电石渣的含水量效果明显。电石渣脱水性能得到明显改善，经静止沉淀抽滤后材料的含水率达到最低的24.8%，比阻值最低达到0.0151*109s2/g，属于容易过滤的浆体材料，大大降低了保水性，经机械压滤后，得到的材料最终水分可以控制在15%-20%，其在输送、储存过程中不会发生黏堵，可以准确配料，大大提高电石渣的掺加量，材料中氧化钙含量大于45%，氧化硅含量大于17%，满足水泥原料的品质要求，可作为水泥的替代原料。这种替代原料经过生料配料、熟料试烧、研磨制造水泥，其化学成分、凝结时间、水灰比、抗压强度等与常规水泥相比较基本相同。
具体实施方式
实施例1：
湿排电石渣规格：含水率80%，主要化学成分见下表；
粉煤灰规格：添加量14g/100g湿排电石渣，主要化学成分见下表；
名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
电石渣 25.01 5.00 2.92 0.30 66.12
粉煤灰 2.40 51.65 36.18 2.97 4.36
粉煤灰对电石渣浆脱水性能的影响实验结果如下：
得到的替代原料的主要化学成分为：
名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
替代原料1 19.13 17.13 11.57 0.99 50.06
使用替代原料制备的水泥熟料与普通水泥熟料的主要化学成分比较（%）
Figure BDA0000376227830000061
使用替代原料制备的水泥与普通水泥的性能比较
由以上实验数据可以看出，利用替代原料制备的水泥熟料其化学成分、凝结时间、强度等性能与常规水泥相比较基本相同。
实施例2：
电石渣规格：含水率80%，主要化学成分见下表；
聚丙烯酰胺规格：聚丙烯酰胺添加量为90mg/L（质量浓度为0.05%）；
粉煤灰规格：添加量为16g/100g湿排电石渣，粉煤灰主要化学成分见下表；
名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
电石渣 25.01 5.00 2.92 0.30 66.12
粉煤灰 2.40 51.65 36.18 2.97 4.36
加入聚丙烯酰胺时粉煤灰对电石渣浆脱水性能的影响实验结果如下：
Figure BDA0000376227830000071
得到的替代原料的化学成分为：
名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
替代原料2 18.45 18.53 12.57 1.07 48.21
使用替代原料制备的水泥熟料与普通水泥熟料的主要化学成分比较（%）
Figure BDA0000376227830000072
使用替代原料制备的水泥与普通水泥的性能比较
Figure BDA0000376227830000081
由以上实验数据可以看出，利用替代原料制备的水泥熟料其化学成分、凝结时间、强度等性能与常规水泥相比较基本相同。

Claims (3)

1.一种水泥替代原料的制备方法，其特征在于：将粉煤灰加入到含水量为80%-95%的湿排电石渣中，粉煤灰掺加量添加量为每100g湿排电石渣中掺加14～20g粉煤灰；机械压滤后得到材料的含水量为15%～20%。
2.根据权利要求1所述的一种水泥替代原料的制备方法，其特征在于：混合粉煤灰和电石渣过程中加入聚丙烯酰胺，其添加量为每1L湿排电石渣中掺加80-100mg质量浓度为0.05%-0.06%的聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的一种水泥替代原料的制备方法，其特征在于：混合粉煤灰和电石渣过程中加入聚丙烯酰胺，具体制备方案如下：按上述配比先在含水量为80%-95%的湿排电石渣中加入聚丙烯酰胺，混合搅拌5分钟，静置10分钟，经过真空抽滤，抽滤压力P=0.08MPa直到30秒内无水滴滤出停止，将过滤得到的电石渣浆取出，加入粉煤灰，粉煤灰掺加量添加量为每100g湿排电石渣中掺加14～20g粉煤灰；混合搅拌5分钟，进行机械压滤。
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