CN104446050A - 一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥 - Google Patents

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耿永娟
李秋义
李绍纯
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Abstract

本发明属于建筑工程材料及其制备技术领域，涉及一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥，以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，各原料的重量百分比为：石油焦脱硫渣20％～40％；赤泥10％～35％；铝矾土10％～20％；石灰石15％～40％；石英粉5％～15％；对石油焦脱硫灰渣和赤泥中的各种化学成分进行充分、高效地利用，克服硫铝酸盐水泥生产对天然石膏、高铝矾土和石灰石的严重依赖，其制备工艺简单，原料利用率高，制备的硫铝酸盐水泥抗压强度高，环境友好，具有较好的环境效益和经济效益。

Description

一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥
技术领域：
本发明属于建筑工程材料及其制备技术领域，涉及一种硫铝酸盐水泥及其制备方法，特别是一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥及其制备工艺。
背景技术：
硫铝酸盐水泥是一种性能优良、附加值高的无机非金属材料，具有凝结快、强度高、微膨胀和低收缩等特性，一般用于抗海水腐蚀混凝土、玻璃纤维增强混凝土、冬季施工和快速施工要求的结构混凝土工程领域。硫铝酸盐水泥一般以石灰石、矾土和石膏为原料，在1250℃～1350℃烧成，再加入适量石膏共同磨细而成；硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成以硫铝酸钙(3CaO·3A12O3·CaSO4，C4A3S)、硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S)和铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3，C4AF)为主，硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度低于普通硅酸盐水泥熟料(通常在1450℃)，其热耗相对较低；同时，硫铝酸盐水泥熟料比普通硅酸盐水泥熟料的易磨性好，所需的粉磨电耗也较低。因此，低烧成温度以及低碳排放的特点使得硫铝酸盐水泥在今天有了更重要的意义，受到世界各国水泥材料工作者的高度重视。
石油焦脱硫渣是燃油电厂脱硫产物，其脱硫工艺为:将石灰石研磨成粉状后与炼油后的石油焦混合,再喷入流化床锅炉进行燃烧,石灰石高温分解出的CaO与石油焦燃烧生成的SO2反应形成CaSO4，经锅炉底部排出的产物即石油焦脱硫渣。石油焦脱硫渣是一种干态的混合物,包含飞灰、石灰石粉经煅烧和增湿后产生的各种钙基化合物以及未完全反应的吸收剂，其高钙、高硫的特点严格限制了其利用方式和应用范围，一方面，过高的硫含量使石油焦脱硫渣不能像普通粉煤灰一样直接作为水泥掺合料使用；另一方面，石油焦脱硫渣中游离氧化钙含量较高，在使用过程中易发生水化反应生成Ca(OH)2，造成安定性不良，限制了其在建材领域的直接应用。另外，固化于硫酸钙中的硫，如果利用得不合理，还有可能使SO2释放出来，造成二次污染。因此，目前大量的石油焦脱硫渣只有少部分得到初级的利用，绝大部分只能堆积，既破坏环境又占用土地，还直接影响着脱硫工艺的应用和推广。因此，根据石油焦脱硫渣自身特性对其加以有效的资源化利用，对于燃烧脱硫技术的发展和避免二次污染都有重要的意义。
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物，每生产一吨氧化铝，大约产生赤泥0.8-1.5吨。目前我国赤泥综合利用率仅为4％，累积堆存量达到2.5亿吨。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产生量还将不断增加，预计到2015年，赤泥累计堆存量将达到3.5亿吨。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在赤泥中的碱向地下渗透，导致地下水体和土壤污染，形成的粉尘随风飞扬，污染大气，恶化生态环境等问题。随着赤泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫。大量测试结果表明，石油焦脱硫渣的主要化学成分为CaO、SO3，赤泥的主要化学成分为Al2O3、CaO、SiO2和Fe2O3，这些与硫铝酸盐水泥的化学成分完全相同。石油焦脱硫渣中的SO3可作为硫铝酸盐水泥熟料中所需硫元素的来源，不但在生产时减少天然石膏的使用量，还实现硫元素的固化和充分利用。赤泥中的Al2O3和Fe2O3可作为硫铝酸盐水泥熟料中所需铝质原料和铁质原料的来源，减少生产中高铝矾土和氧化铁的使用量。石油焦脱硫渣和赤泥中的钙元素可以替代天然石灰石原料，作为硫铝酸盐水泥熟料中所需CaO的来源。另外，石油焦脱硫渣中还有一部分未燃尽的残留碳，在硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程中进一步燃烧，可以得到充分利用。因此，寻求设计提供一种以石油焦脱硫渣和赤泥作为主要原料的硫铝酸盐水泥及其制备方法，通过进行科学、合理的原料配比，使石油焦脱硫渣和赤泥完全降低硫铝酸盐水泥生产中对天然资源的依赖，再通过合适的烧成温度和时间，制备出性能优良的硫铝酸盐水泥。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对目前石油焦脱硫渣和赤泥利用率低、对环境影响大的难题，以及硫铝酸盐水泥生产过程中对天然原料的依赖问题，寻求设计提供一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥及其制备方法，综合利用石油焦脱硫渣和赤泥作。
为了实现上述目的，本发明涉及的硫铝酸盐水泥以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，各原料的重量百分比为：
本发明制备硫铝酸盐水泥时，先将20％～40％石油焦脱硫渣、10％～35％赤泥、10％～20％铝矾土、15％～40％石灰石和5％～15％石英粉(均为重量百分比)置于球磨机中混合、球磨，然后置于窑炉中在1230～1320℃温度下煅烧30～50分钟得到煅烧后的熟料，再在煅烧后的熟料中添加总重量5％～10％的石膏，共同球磨，使其细度达到300目以下，即制备得到硫铝酸盐水泥。
本发明所述的石油焦脱硫渣为在电厂流化床锅炉中，采用石灰粉脱硫技术燃烧石油焦后，从锅炉底部排出的废渣；赤泥为采用拜耳法从铝土矿中提取氧化铝过程中排放的废渣。
本发明所制备的硫铝酸水泥经过抗压强度测试，3天抗压强度可达45.7MPa，28天抗压强度可达58.1MPa。
本发明与现有技术相比，用石油焦脱硫渣和赤泥作为主要原料制备硫铝酸盐水泥，能够对石油焦脱硫灰渣和赤泥中的各种化学成分进行充分、高效地利用，克服了硫铝酸盐水泥生产对天然石膏、高铝矾土和石灰石的严重依赖，其制备工艺简单，原料利用率高，制备的硫铝酸盐水泥抗压强度高，环境友好，具有较好的环境效益和经济效益。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的硫铝酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱，其中A为硫铝酸钙(3CaO·3A12O3·CaSO4，C4A3S)，B为硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S)，C为铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3，C4AF)。。
图2为本发明实施例3制备的的硫铝酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱，其中A为硫铝酸钙(3CaO·3A12O3·CaSO4，C4A3S)，B为硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S)，C为铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3，C4AF)。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明进行具体描述。
本实施例涉及的凝结时间和强度分别按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346)和《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T 17671-1999)进行。
实施例1：
本实施例以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，具体生料配比(重量百分比)为：石油焦脱硫渣31.2％、赤泥17.8％、铝矾土15.3％、石灰石29.4％、石英粉6.3％；先将原料置于球磨机中混合、球磨，然后置于窑炉中煅烧得到煅烧后熟料，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为40分钟；再对煅烧后熟料进行再次球磨，细度达到200目以下，并在熟料中添加5％石膏采用现有技术混合球磨后制成硫铝酸盐水泥，所得硫铝酸盐水泥的初凝时间为45分钟，终凝时间为60分钟，3天抗压强度为32.5MPa，28天抗压强度为51.3MPa。
实施例2：
本实施例以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，具体生料配比(重量百分比)为：石油焦脱硫渣31.2％、赤泥17.8％、铝矾土15.3％、石灰石29.4％、石英粉6.3％；先将原料置于球磨机中混合、球磨，然后置于窑炉中煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为30分钟，再对煅烧后熟料进行再次球磨，细度达到200目以下，在熟料中添加5％石膏，采用现有技术混合球磨后制成硫铝酸盐水泥，所得水泥的初凝时间为41分钟，终凝时间为52分钟，3天抗压强度为45.7MPa，28天抗压强度为58.1MPa。
实施例3：
本实施例以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，具体生料配比(重量百分比)为：石油焦脱硫渣25.5％、赤泥21.1％、铝矾土18.6％、石灰石24.4％、石英粉10.4％；先将原料置于球磨机中混合、球磨，然后置于窑炉中煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为30分钟；煅烧后熟料再次球磨，细度达到200目以下，在熟料中添加10％石膏，采用现有技术混合球磨后制成硫铝酸盐水泥；所得水泥的初凝时间为30分钟，终凝时间为40分钟，3天抗压强度为48.2MPa，28天抗压强度为55.9MPa。

Claims (3)

1.一种以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥，其特征在于以石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉为原料，各原料的重量百分比为：
2.根据权利要求1所述以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥，其特征在于所述的石油焦脱硫渣为在电厂流化床锅炉中，采用石灰粉脱硫技术燃烧石油焦后，从锅炉底部排出的废渣；赤泥为采用拜耳法从铝土矿中提取氧化铝过程中排放的废渣。
3.一种如权利要求1所述以石油焦脱硫渣和赤泥为原料的硫铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于将石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石和石英粉置于球磨机中混合、球磨后置于窑炉中在1230～1320℃温度下煅烧30～50分钟得到煅烧后的熟料，再在煅烧后的熟料中添加总重量5％～10％的石膏，共同球磨，使其细度达到300目以下，即制备得到硫铝酸盐水泥。
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