CN104692679A

CN104692679A - 一种水泥熟料的制备方法

Info

Publication number: CN104692679A
Application number: CN201310658817.3A
Authority: CN
Inventors: 王传波; 王风民; 田斌; 邓国威; 崔凯
Original assignee: QINGDAO HAOHE CONCRETE PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: QINGDAO HAOHE CONCRETE PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-10

Abstract

本发明公开了一种水泥熟料的制备方法，其包括如下步骤：（1）原料的制备：将粉煤灰提铝残渣、石灰石以及铁矿石按照65～85份、40～15份、1～3份的重量配比进行配备；（2）原料的细化：将上述原料放入粉磨机磨细；（3）原料的均化：将上述磨细后的原料进行均化；（4）原料的煅烧：将上述经均化后的原料进行煅烧即可得到水泥熟料。本发明原料简单易得、工艺方法简单、能耗低、便于实施推广。

Description

一种水泥熟料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥熟料的制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

随着我国铝土矿资源的日益短缺，利用粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物提取氧化铝越来越受到人们的重视。粉煤灰提取氧化铝较为成熟的生产方法是碱法，而碱法又分为石灰石烧结法和碱石灰烧结法。现有技术中，采用石灰石烧结法从粉煤灰中提取氧化铝产生的提铝残渣由于其成分和水泥熟料成分接近，碱含量低，利用其生产水泥熟料的研究较多，但粉煤灰石灰石烧结法产生的提铝残渣主要物相是2CaO·SiO₂和4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃,其成分虽与水泥熟料成分接近，但是石灰石烧结法本身存在物料流量大，能耗高，残渣产出率高等问题以至于该方法难以推广。铝土矿烧结法赤泥存在碱含量高，添加量低，赤泥配入水泥生料浆结硬等问题，导致其难以工业化应用。

相比石灰石烧结法而言，碱石灰烧结法物料流量及能耗物耗更低，比前者更适合于工业化推广，是粉煤灰提取氧化铝的主流工艺。尽管如此，碱石灰烧结法每吨氧化铝也将产生2-2.5吨提铝残渣，如果如此大量的提铝残渣不能加以利用，不仅占用大量土地，而且对环境产生二次污染，同时影响到粉煤灰提取氧化铝生产的经济效益。粉煤灰碱石灰烧结法与石灰石烧结法两类提铝残渣无论在化学成分还是物相构成上都有较大差别，目前碱石灰烧结法产生的粉煤灰提铝残渣因过高的碱含量而无法得到应用。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种水泥熟料的制备方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种水泥熟料的制备方法，包括如下步骤：

（1）、原料的制备：将粉煤灰提铝残渣、石灰石以及铁矿石按照65～85份、40～15份、1～3份的重量配比进行配备；

（2）、原料的细化：将上述原料放入粉磨机磨细；

（3）、原料的均化：将上述磨细后的原料进行均化；

（4）、原料的煅烧：将上述经均化后的原料进行煅烧即可得到水泥熟料。

所述粉煤灰提铝残渣为利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的提铝残渣经脱碱工序处理而成。

所述脱碱工序包括如下步骤：（1）、将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；（2）、在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；（3）、将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。

所述粉煤灰提铝残渣包括如下组分：CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、Na₂O+0.66K₂O和水，所述各组分的重量比分别为：51～55、20～25、3～5、1.6～2.5、1～3、﹤0.6、﹤30。

所述粉煤灰提铝残渣经烘干后水的重量百分比﹤2.5。

所述烘干为：将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率﹤30%，滤饼经过烘干打散机在220～280℃下烘干，烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

所述铁矿石中Fe₂O₃的含量大于50%。

所述磨细后的原料细度为220-450目。

所述煅烧为干法煅烧，且煅烧温度为1280～1320℃。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明原料简单易得、工艺方法简单、能耗低、便于实施推广。

2、本发明采用的粉煤灰提铝残渣为工业废渣，既减少了环境污染，又实现了废弃物的资源化利用，获得了较好的经济效益和社会效益，对发展我国循环经济，环节我国矿产资源短缺等具有战略意义。

3、石灰石消耗量低，采用该制备方法每生产一吨水泥熟料，仅需石灰石0.2-0.4吨，而传统方法则需要1.2-1.3吨，可使每吨水泥熟料石灰石的消耗量降低60%-80%，CO₂的排放量降低70%-90%。

4、本发明中的制备方法与传统的利用石灰石和粘土矿物生产水泥熟料的工艺相比，由于粉煤灰提铝残渣的主要成分为C₂S，无需经过碳酸钙分解及C₂S合成等高耗热过程，因此可大幅度节约烧成能耗。

5、本发明中的制备方法中的回转窑的产能高，与石灰石44%左右的烧失量相比，粉煤灰提铝残渣的烧失量仅为10%，使能耗降低30%以上，可使单台回转窑的产能提高30%左右。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的主要成分为硅钙的残渣，将上述残渣经脱碱工序处理后得到粉煤灰提铝残渣，所述脱碱工序步骤如下：（1）、将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；（2）、在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；（3）、将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。经上述工序后得到的粉煤灰提铝残渣的碱含量在0.6%以下，其主要化学成分为CaO和SiO₂，粉煤灰提铝残渣主要物相有C₂S，占提铝残渣总重量的72%-78%，另外还含有5%-10%的3CaO·Al₂O₃·6H₂O·nSiO₂，1.2%-1.7%的Al(OH)₃、3.5%-4.5%的CaCO₃、4%-5%的含铁矿物、2%-3%的钙钛矿、0.8%左右的水合铝硅酸钠，从理化性能来看，在水泥建材汗液具有较好的应用前景。

粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：51.80、SiO₂：22.70、Al₂O₃：3.57、Fe₂O₃：2.14、MgO：1.58、Na₂O+0.66K₂O：0.52、水＜30、烧失量：8.43。Na₂O+0.66K₂O是水泥行业对水泥熟料或熟料原料中碱金属氧化物含量控制的一个标准计算公式，也就是硅钙渣中Na₂O的含量再加0.66倍的K₂O的含量之和必须要低于某一限定值。K₂O含量前面乘0.66是将原料中K₂O的质量含量按Na₂O与K₂O分子量之比进行折换，水泥原料或熟料中单位质量K₂O的危害小于Na₂O。

将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率﹤30%，滤饼经过烘干打散机在220～280℃下烘干，烘干后粉煤灰提铝残渣含水率小于3%，干基烧失量小于10%。烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

本实施例所采用的原料包括：粉煤灰提铝残渣67重量份、石灰石27重量份和铁矿石1.2重量份，铁矿石中Fe₂O₃的含量应大于50%，相比现有技术中每生产一吨水泥熟料要消耗石灰石1.2-1.3吨，本实施例仅需石灰石0.35吨，可大幅降低石灰石的需求量，使每吨水泥熟料石灰石的消耗量降低60%，C0₂的排放量降低70%。采用的粉煤灰提铝残渣为工业废渣，既减少了环境污染，又实现了废弃物的资源化利用。

利用本实施例中的原料进行水泥熟料的制作过程为：将上述原料磨细，磨细后的原料细度为220-450目；然后将磨细后的原料均化，进行均化后原料(生料)取少量进行粒度测试，过120目筛，筛余7.5％，满足生料粒度要求，生料中筛余7.5％中有部分是粉煤灰提铝残渣(4.2％)，也有部分是石灰石与铁矿石(3.6％)，水泥生产中入窑生料指标要求是过120目筛，筛余小于10.0％；最后将均化后的原料(生料)送入回转窑内进行高温煅烧，煅烧温度为1280℃，所采用的煅烧设备回转窑为水泥生产常规设备，不需额外增加设备或改变工艺。冷却后制得水泥熟料，将水泥熟料送入球磨机球磨一定细度即可作为水泥的原料备用。与传统的利用石灰石和粘土矿物生产水泥熟料的工艺相比，由于粉煤灰提铝残渣主要成分为C₂S，无须经过碳酸钙分解及C₂S合成等高耗热过程，因此可大幅度节约烧成能耗约加之熟料烧结温度比传统水泥熟料生产降低了50-150℃，烧成温度仅为1280℃，每烧制一吨水泥熟料可降低烧成能耗超过30％。此外，粉煤灰提铝残渣比石灰石矿有更低的磨耗值，加之粉煤灰提铝残渣原料就是粉体，因此细磨成本要远低于传统方法。与石灰石44％左右的烧失量相比，粉煤灰提铝残渣的烧失量仅为10％，仅此一项，可使单台回转窑的产能提高30％左右。

将重量百分比分别为：75～82％的上述水泥熟料、3～5％的石膏及15～25％的矿渣等水泥混合材经过水泥磨磨细后即可制得成品水泥熟料，其化学组成及率值如表1所示。由本实施例制得的成品水泥熟料所制备的水泥物理力学性能指标如表2所示。石灰饱和系数(KH)，即水泥熟料中的总的氧化钙含量减去饱和酸性氧化物(Al₂O₃、Fe₂O₃、SO₃)所需的氧化钙，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量，和理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需的氧化钙的含量之比。简而言之，石灰饱和系数表示二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。硅率(n)，SiO₂的百分含量与Al₂O₃和Fe₂O₃百分含量之比。铁率(p)，Al₂O₃百分含量与Fe₂O₃百分含量之比。

表一由实施例一所制得的水泥熟料的化学组成及率值

表二由实施例一中的水泥熟料制备的水泥的物理力学性能指标

实施例二：与实施例一不同的是，本实施例采用的原料包括粉煤灰提铝残渣75重量份，石灰石20重量份，铁矿石2份混合并均化，将均化后的原料取少量进行粒度测试，过100目筛，筛余7.3%，满足原料粒度要求。将均化后的原料送入回转窑内进行高温煅烧，煅烧温度为1300℃，冷却后制得水泥熟料。

粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：53.10、SiO₂：21.40、Al₂O₃：4.12、Fe₂O₃：1.83、MgO：2.16、Na₂O+0.66K₂O：0.48、水＜30、烧失量：8.21。

由本实施例制得的水泥熟料的化学组成及率值见表三，采用该水泥熟料制备的水泥的物理力学性能指标见表四。

表三由实施例二所制得的水泥熟料的化学组成及率值

表四由实施例二中的水泥熟料制备的水泥的物理力学性能指标

实施例三：与上述两个实施例不同的是，本实施例采用的原料包括粉煤灰提铝残渣80重量份，石灰石17重量份，铁矿石1.3份混合并均化，将均化后的原料取少量进行粒度测试，过110目筛，筛余7.1%，满足原料粒度要求。将均化后的原料送入回转窑内进行高温煅烧，煅烧温度为1300℃，冷却后制得水泥熟料。

粉煤灰提铝残渣包括如下重量比的组分：CaO：54.70、SiO₂：23.60、Al₂O₃：3.87、Fe₂O₃：2.12、MgO：2.54、Na₂O+0.66K₂O：0.57、水＜30、烧失量：8.32。

由本实施例制得的水泥熟料的化学组成及率值见表五，采用该水泥熟料制备的水泥的物理力学性能指标见表六。

表五由实施例三所制得的水泥熟料的化学组成及率值

表六由实施例三中的水泥熟料制备的水泥的物理力学性能指标

由上述各表格可以得知，利用该制备方法所制得的水泥早期强度较高，符合国标要求的强度等级，且强度涨幅较稳定没有太大的波动。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（2）、原料的细化：将上述原料放入粉磨机磨细；

（3）、原料的均化：将上述磨细后的原料进行均化；

2.根据权利要求1所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰提铝残渣为利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的提铝残渣经脱碱工序处理而成。

3.根据权利要求2所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述脱碱工序包括如下步骤：（1）、将提铝残渣加水搅拌制得提铝残渣浆液；（2）、在搅拌的情况下，缓慢的向提铝残渣浆液中加入电石渣，进行脱碱反应；（3）、将脱碱反应后的提铝残渣浆液过滤、洗涤。

4.根据权利要求2或3任一项权利要求所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰提铝残渣包括如下组分：CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、Na₂O+0.66K₂O和水，所述各组分的重量比分别为：51～55、20～25、3～5、1.6～2.5、1～3、﹤0.6、﹤30。

5.根据权利要求4所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰提铝残渣经烘干后水的重量百分比﹤2.5。

6.根据权利要求5所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述烘干为：将粉煤灰提铝残渣经压滤机压滤，所得滤饼含水率﹤30%，滤饼经过烘干打散机在220～280℃下烘干，烘干所需热量由回转窑窑尾的热烟气供给。

7.根据权利要求1所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述铁矿石中Fe₂O₃的含量大于50%。

8.根据权利要求1所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述磨细后的原料细度为220-450目。

9.根据权利要求1所述的一种水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述煅烧为干法煅烧，且煅烧温度为1280～1320℃。