CN103964713A - 利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法 - Google Patents

利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法。将石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏和铝矾土干燥后分别破碎粉磨并过筛，按熟料率值Cm：0.95~1.0，P：3.50~3.82，N:0.8~1.1以及控制熟料中f-SO3含量在1%~1.5%，f-CaO含量大于-2.0%进行配料，配好生料经过混料、压片，并在1250~1300℃下保温0.5~1小时后，急冷即得熟料，熟料破碎后同石膏、硅酸盐水泥熟料共同粉磨至400±10㎡/㎏制成水泥。本发明水泥力学性能及凝结时间可满足425快硬硫铝酸盐水泥要求，且易磨性好、具有良好的抗冻抗渗性能。该技术的应用可提高粉煤灰、脱硫石膏的资源化利用率，尤其为解决拜耳法赤泥的综合治理难题提供了新途径。

Description

利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种利用粉煤灰、拜耳法赤泥、石灰石、脱硫石膏、铝矾土作为原料制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法。
背景技术
硫铝酸盐系列水泥熟料具有烧成温度低、需要CaO量较低等特点，其工业化生产在一定程度上能够降低水泥工业能耗与CO2排放，这对我国建设生态节能型和环境友好型社会具有重要现实意义。但是目前生产硫铝酸盐水泥熟料所使用原料以铝矾土为主，而铝矾土资源日益紧缺而价格高，致使硫铝酸盐水泥价格居高不下，从而制约其应用推广。
另一方面，全国能源、冶金、有色等工业每年排放出大量粉煤灰、矿渣、脱硫石膏、赤泥、尾矿等工业固体废弃物，其综合利用率仅为60%左右（其中拜耳法赤泥综合利用率不足5%），远低于欧美、日本等发达国家，致使我国大量工业废渣仍然未能得到有效利用，从而对生态环境与人们生活造成危害。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏、石灰石、铝矾土制备贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法。并在熟料中掺入适量天然石膏、硅酸盐水泥熟料而制成贝利特硫铝酸盐水泥。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
粉煤灰及拜耳法赤泥中均含有较高Al2O3, 脱硫石膏主要成分为CaSO4，通过合理配料，前两者取代贝利特硫铝酸盐水泥原料中的部分铝质原料，脱硫石膏取代传统原料天然石膏，共同烧制水泥熟料。其特征在于，可利用赤泥中碱及稀有金属对熟料矿物进行高温固化或活化，以提高熟料矿物水化活性；制备水泥时，在贝利特硫铝酸盐水泥熟料中引入适当硅酸盐水泥熟料做性能调节组分，硅酸盐水泥水化的水化硅酸钙凝胶与贝利特硫铝酸盐水化的钙钒石相互交结穿插，使水泥石结构更密实，从而提高水泥早期强度和后期强度增进率。
具体步骤为：
(1) 原材料预处理：原料由石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏、铝矾土组成，将原料分别在110℃干燥箱中烘干24小时后，在破碎机及球磨机中分别破碎、粉磨至0.08mm筛余小于8%。
(2) 配料计算：根据熟料率值及游离氧化钙、游离氧化硫控制原料配比，其中碱度系数Cm：0.95~1.0，铝硫比P：3.50~3.82，铝硅比N：0.8~1.1，熟料中f-SO3质量百分比含量取1%~1.5%,f-CaO质量百分比含量大于-2.0%。
（3）混料与压片：将步骤（1）所得原料按步骤（2）原料配比配料，放入混料罐，在混料机中混料20分钟至均匀，取出后加总原料质量5%的水，然后放入模具中并在液压机下压片，得生料试块。
（4）熟料煅烧：将步骤（3）所得生料试块放入马弗炉中，在1250~1300℃下煅烧,保温0.5~1小时后,取出熟料，急冷，得贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
（5）水泥制备：把步骤（4）所得贝利特硫铝酸盐水泥熟料用破碎机破碎，掺入天然石膏与硅酸盐水泥熟料，其中硅酸盐水泥熟料作为性能调节组分，其具体比例为：贝利特硫铝酸盐水泥熟料质量百分比为72%~78%，石膏质量百分比为12%~14%，硅酸盐水泥熟料质量百分比为10%~15%，把三者混合后在振动磨中粉磨至比表面积为400±10m2/㎏，即制成贝利特硫铝酸盐水泥。
本发明的有益效果是：大量利用工业废渣粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏作为原料烧制贝利特硫铝酸盐水泥熟料，掺入量分别为16%~24%、8%~12%和8%~10%，有效降低生产成本。熟料烧结温度比硅酸盐水泥低，为1250~1300℃，有利于降低煅烧能耗；水泥早期强度高以及后期强度稳定发展，性能可满足425型快硬硫铝酸盐水泥要求。
具体实施方式
以下提供利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的具体实施方式，共提供3个实施例，但本发明不限于所提供的实施例。
实施例1：
熟料矿物设计采用控制熟料率值及尝试误差法设计，本实施例原料配比及熟料矿物组成设计如表1。
表1： 实施例1原料配比及熟料矿物组成表（其中的百分比为质量百分比）
具体步骤为：
（1）将石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏和铝矾土分别放入干燥箱中，在110℃下烘干24小时后，在破碎机及球磨机中分别破碎、粉磨至0.08mm筛余小于8%。
（2）将步骤（1）所得原料按表1的配比配料，放入混料罐，在混料机中混料20分钟至均匀，取出后加入原料总质量5%的水，然后放入模具中并在液压机下压片，得生料试块。
（3）将步骤（2）所得生料试块放入马弗炉中，设置温度梯度如下：从室温到300℃，升温速度为10℃/h,从300℃到900℃，升温速度为5℃/h,从900℃至1300℃，升温速度为3.5℃/h，在1300℃下保温1小时，取出熟料,立即用风扇吹风冷却至室温，即得贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
（4）把步骤（3）所得贝利特硫铝酸盐水泥熟料用破碎机破碎后，按贝利特硫铝酸盐水泥熟料、天然石膏、硅酸盐水泥熟料质量百分比分别为75%、15%、10%称取后混合，在振动磨中粉磨至比表面积为398㎡/㎏得到贝利特硫铝酸盐水泥。
(5)按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》、GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定》对步骤（4）所得贝利特硫铝酸盐水泥各项性能进行测定。
测得水泥各性能如表2，性能满足425快硬硫铝酸盐水泥要求，且28d强度增进率高。
表2：实施例1制得的贝利特硫铝酸盐水泥各项性能表
实施例2：
本实施例所设计原料配比及熟料矿物组成如表3，配料时，提高粉煤灰掺量而降低铝矾土掺量，矿物相应降低。
表3 ：实施例2原料配比及熟料矿物组成表（其中的百分比为质量百分比）
具体步骤为：
（1）将石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏和铝矾土分别，在110℃下烘干24小时后，在破碎机及球磨机中分别破碎、粉磨至0.08mm筛余小于8%。
（2）将步骤（1）所得原料按表3的配比配料，放入混料罐，在混料机中混料20分钟至均匀，取出后加入原料总质量5%的水，然后放入模具中并在液压机下压片，得生料试块。
（3）将步骤（2）所得生料试块放入马弗炉中，设置温度梯度如下：从室温到300℃，升温速度为10℃/h,从300℃到900℃，升温速度为5℃/h,从900℃至1300℃，升温速度为3.5℃/h，在1300℃下保温0.5小时，取出熟料,立即用风扇吹风冷却至室温，即得贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
（4）将步骤（3）所得贝利特硫铝酸盐水泥熟料用破碎机破碎后，按贝利特硫铝酸盐水泥熟料、天然石膏、硅酸盐水泥熟料质量百比分别为72.25%、12.75%、15%称取后混合，在振动磨中粉磨至比表面积为402㎡/㎏，即得到贝利特硫铝酸盐水泥。
（5）按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》、GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定》对步骤（4）所得贝利特硫铝酸盐水泥各项性能进行测定。
测得水泥各性能如表4，在降低早强矿物的情况下，性能仍优于普通硅酸盐水泥525R要求，其28对3d抗压强度增进率达84.3%。
表4：实施例2制得的贝利特硫铝酸盐水泥各项性能表
实施例3：
本实施例原料配比及熟料矿物组成设计如表5，此例中，拜耳法赤泥掺量提高至12%而铝矾土含量降低至8.2%，铁相含量相应增加。
表5：实施例3原料配比及熟料矿物组成表（其中的百分比为质量百分比）
具体步骤为：
（1）将石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏和铝矾土分别放入干燥箱中，在110℃下烘干24小时后，在破碎机及球磨机中分别破碎、粉磨至0.08mm筛余小于8%。
（2）将步骤（1）所得原料按表5的配比配料，放入混料罐，在混料机中混料20分钟至均匀，取出后加入原料总质量5%的水，然后放入模具中并在液压机下压片，得生料试块。
（3）将步骤（2）所得生料试块放入马弗炉中，设置温度梯度如下：从室温到300℃，升温速度为10℃/h,从300℃到900℃，升温速度为5℃/h,从900℃至1250℃，升温速度为3.5℃/h，在1250℃下保温1小时，取出熟料,立即用风扇吹风冷却至室温，即得贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
（4）把步骤（3）所得的贝利特硫铝酸盐水泥熟料用破碎机破碎后，按熟料、天然石膏、硅酸盐水泥熟料质量百比分别为76.5%、13.5%、10%称取后混合，在振动磨中粉磨至比表面积为395㎡/㎏，即得到贝利特硫铝酸盐水泥。
（5）按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》、GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定》对步骤（4）所得贝利特硫铝酸盐水泥各项性能进行测定。
测得水泥各性能如表6，当拜耳法赤泥掺入量达12%时，性能仍优于普通硅酸盐水泥425R要求。
表6: 实施例3制得的贝利特硫铝酸盐水泥各项性能表
。

Claims (1)

1. 一种利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 原材料预处理：原料由石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏、铝矾土组成，将原料分别在110℃干燥箱中烘干24小时后，在破碎机及球磨机中分别破碎、粉磨至0.08mm筛余小于8%；
(2) 配料计算：根据熟料率值及游离氧化钙、游离氧化硫控制原料配比，其中碱度系数Cm：0.95~1.0，铝硫比P：3.50~3.82，铝硅比N：0.8~1.1，熟料中f-SO3质量百分比含量取1%~1.5%,f-CaO质量百分比含量大于-2.0%；
（3）混料与压片：将步骤（1）所得原料按步骤（2）原料配比配料，放入混料罐，在混料机中混料20分钟至均匀，取出后加总原料质量5%的水，然后放入模具中并在液压机下压片，得生料试块；
（4）熟料煅烧：将步骤（3）所得生料试块放入马弗炉中，在1250~1300℃下煅烧,保温0.5~1小时后,取出熟料，急冷，得贝利特硫铝酸盐水泥熟料；
（5）水泥制备：把步骤（4）所得贝利特硫铝酸盐水泥熟料用破碎机破碎，掺入天然石膏与硅酸盐水泥熟料，其中硅酸盐水泥熟料作为性能调节组分，其具体比例为：贝利特硫铝酸盐水泥熟料质量百分比为72%~78%，石膏质量百分比为12%~14%，硅酸盐水泥熟料质量百分比为10%~15%，把三者混合后在振动磨中粉磨至比表面积为400±10m2/㎏，即制成贝利特硫铝酸盐水泥。
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