CN105060744A

CN105060744A - 一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法

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Publication number: CN105060744A
Application number: CN201510502345.1A
Authority: CN
Inventors: 郭伟; 王春
Original assignee: Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Yangcheng Institute of Technology
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: CN105060744B

Abstract

本发明公开了的贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法，以工业废渣、工业石膏为原料，以铝矾土或尾矿铝矾土作为校正料，混合后加水研磨，成型，再进行水热反应，然后破碎，煅烧，粉磨，得到贝利特硫铝酸盐水泥，主要成分为和β-C₂S。本发明通过预先的水热反应降低了贝利特硫铝酸盐水泥的烧制温度，降低了能耗，通过合适的配比及工艺改善贝利特硫铝酸盐水泥的性能，实现了在低温下制备低碳的贝利特硫铝酸盐水泥。并且，本发明不使用石灰石，不会产生二氧化碳，增加环境压力，另一方面煅烧温度低，进而能耗低，因此本发明是一种低碳、绿色的贝利特硫铝酸盐水泥制备方法。

Description

一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法

技术领域

本发明涉及水泥及其制备技术领域，具体涉及一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法。

背景技术

当今世界正在飞速发展，人们在物质生活得以改善的同时，越来越关心我们赖以生存的地球，作为用量最大的建筑材料——水泥，对人类社会进步和社会经济发展起着重要作用的同时，也产生了高的能源与资源消耗及温室气体排放，通常普通波特兰水泥，氧化钙含量约为66％，在熟料中占50～70％的阿利特矿物，即硅酸三钙的形成温度约1450℃。该矿物含氧化钙达73.7％，CaCO₃分解耗能占熟料理论热耗的46％左右，导致通用硅酸盐水泥熟料烧成的能耗高；贝利特矿物，即硅酸二钙，温度高于1250℃下即可快速形成，故可在较低的窑炉温度下形成，此外，贝利特含CaO为65.1％，低于阿利特中73.7％的CaO含量，则所需石灰石量减少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应降低；无水硫铝酸钙矿物(3CaO·3SiO₂·CaSO₄)，组成中CaO含量低(36.8％)和形成温度低(1300℃)，而与C₂S—样具有节能和低CO₂排放的特点，且该矿物具有提高早强的特点。为了减少水泥生产过程中的能源消耗和二氧化碳气体排放，国内外大规模兴起对低铝或高硅硫铝酸盐水泥的研究，即贝利特硫铝酸盐水泥系列。

贝利特硫铝酸盐水泥是以β-C₂S(贝利特)为主，无水硫铝酸钙()为辅的低温烧成的低碱度水泥。由于其熟料矿物组成中不含C₃S(阿里特)，因此熟料烧成温度低，能耗较低，其烧成温度为1050℃～1250℃，但所需的原料石灰石、石膏等矿物资源储量有限，开采量过大不利于可持续发展。另一方面，工业废渣中硅、铝质原料：粉煤灰、硫酸渣和煤渣；钙质原料：赤泥、高炉渣、有色金属渣、钢渣和盐泥；以及硫质原料的废石膏等，这些废弃物数量巨大，污染严重，然而现有的生产工艺中，工业废渣的利用率并不高，如粉煤灰利用率仅为30％。

发明内容

发明目的：本发明的低温制备贝利特硫铝酸盐水泥解决了现有的水泥生产工艺中的高能耗以及工业废渣堆积造成的环境问题。

技术方案：为了解决实现上述目的，本发明提供了的贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法，以工业废渣、工业石膏为原料，以铝矾土或尾矿铝矾土作为校正料，混合后加水研磨，成型，再进行水热反应，然后破碎，煅烧，粉磨，得到贝利特硫铝酸盐水泥，主要成分为C₄A₃ 和β-C₂S。

具体的，本发明按照如下步骤进行：

将原料和校正料混合，按水灰比为0.32～0.43加水，混合，研磨2～15h后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～10h；然后破碎，再于在700～1100℃下煅烧60～90min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到贝利特硫铝酸盐水泥。所述的原料为工业废渣、工业石膏。

上述步骤中的工业废渣包括硅铝质原料和钙质原料，其中硅铝质原料为增钙液态渣、煤矸石或粉煤灰；钙质原料为电石渣、糖滤泥或石灰干化污泥。上述步骤中的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。

上述步骤中原料与校正料的配比为：硅铝质原料：钙质原料：工业石膏：校正料＝8.0～23.5％：36.4～59.0％：21.6～42.1％：1.5～13.7％。

上述步骤中的粉磨，磨至比表面积为350～400m²/kg。

研究中发现，本发明所述的水热反应对于水泥产品的力学性能影响较大，所述的水热反应是将脱模后的试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～10h，优选养护温度为115～125℃，养护时间为3～4.5h。煅烧温度优选960℃下煅烧70min。

在配置时，所述的贝利特硫铝酸盐水泥设计矿物成分，按质量百分比计C₄A₃ 20～47％，β-C₂S：53～80％，最为合适，因为在这个配比范围内，所制得的贝利特硫铝酸盐水泥强度最佳。

有益效果：本发明的低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法通过预先的水热反应降低了贝利特硫铝酸盐水泥的烧制温度，降低了能耗，通过合适的配比及工艺改善贝利特硫铝酸盐水泥的性能，实现了在低温下制备低碳的贝利特硫铝酸盐水泥。

本发明是直接利用工业废渣、工业石膏作原料，以铝矾土、尾矿铝矾土作为校正料，工业废渣中含有CaO、SiO₂、Al₂O₃和SO₃，所以原料不需要改性或者其他处理，节约处理成本的同时提高的原料的利用率。大大降低了前期成本，同时解决了工业废渣造成的环境问题，并且，本发明不使用石灰石，不会产生二氧化碳，增加环境压力，另一方面煅烧温度低，进而能耗低，因此本发明是一种低碳、绿色的贝利特硫铝酸盐水泥制备方法。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，本实施例中所使用的原料的组分如表1所示。(本具体实施方式中均为质量百分数)

表1原料主要化学成分(％)

原料	CaO	SiO₂	Al₂O₃	SO₃
					煤矸石	1.44	58.00	17.66	1.70
电石渣	65.57	4.27	2.56	1.20
					糖滤泥	46.67	1.96	1.09	1.76
石灰干化污泥	50.48	6.10	1.45	——
					脱硫石膏	30.90	2.50	2.73	44.00
磷石膏	28.67～31.6	4.11～4.46	0.62	40.53
					铝矾土	0.37	9.76	72.00	0.04
尾矿铝矾土	0.48	8.3	39.05	——
					增钙液态渣	15.00	35.06	18.00	——

实施例1

本实施例所设计原料配比和用水量如表2所示。

表2实施例1原料配比和用水量

实施例1	增钙液态渣	电石渣	脱硫石膏	铝矾土	水
						质量/g	235	394	341	30	373

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨2h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为60℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护10h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在700℃下煅烧90min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为350m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表3所示。

表3实施例1制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例2：

本实施例所设计原料配比和用水量如表4所示。

表4实施例2原料配比和用水量

实施例2	增钙液态渣	电石渣	磷石膏	铝矾土	水
						质量/g	161	364	416	59	363

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨5h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为90℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护6h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在830℃下煅烧80min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为370m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表5所示。

表5实施例2制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例3：

本实施例所设计原料配比和用水量如表6所示。

表6实施例3原料配比和用水量

实施例3	煤矸石	电石渣	脱硫石膏	尾矿铝矾土	水
						质量/g	95	392	376	137	329

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨7h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为115℃的蒸压釜中，恒温养护4.5h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在960℃下煅烧70min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为390m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表7所示。

表7实施例3制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例4

本实施例所设计原料配比和用水量如表8所示。

表8实施例4原料配比和用水量

实施例4	煤矸石	电石渣	磷石膏	铝矾土	水
						质量/g	98	404	421	77	430

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨15h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为150℃的蒸压釜中，恒温养护3h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1100℃下煅烧60min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表9所示。

表9实施例4制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例5

本实施例所设计原料配比和用水量如表10所示。

表10实施例5原料配比和用水量

实施例5	煤矸石	糖滤泥	磷石膏	尾矿铝矾土	水
						质量/g	80	463	342	115	414

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨13h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为75℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护8h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在960℃下煅烧70min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为340m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表11所示。

表11实施例5制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例6

本实施例所设计原料配比和用水量如表12所示。

表12实施例6原料配比和用水量

实施例6	煤矸石	石灰干化污泥	脱硫石膏	铝矾土	水
						质量/g	113	507	324	56	334

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨9h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为135℃的蒸压釜中，恒温养护3.5h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1100℃下煅烧60min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为360m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表13所示。

表13实施例6制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例7

本实施例所设计原料配比和用水量如表14所示。

表14实施例7原料配比和用水量

实施例7	煤矸石	石灰干化污泥	磷石膏	铝矾土	水
						质量/g	99	480	359	62	320

具体实施步骤如下：

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为120℃的蒸压釜中，恒温养护3.5h后取出冷却；

测得水泥各性能如表15所示。

表15实施例7制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

实施例8

本实施例所设计原料配比和用水量如表16所示。

表16实施例8原料配比和用水量

实施例8	煤矸石	糖滤泥	磷石膏	尾矿铝矾土	水
						质量/g	179	590	216	15	320

具体实施步骤如下：

1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨11h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为125℃的蒸压釜，恒温养护3h后取出冷却；

3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在960℃下煅烧70min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为380m²/kg即得到贝利特硫铝酸盐水泥。

测得水泥各性能如表17所示。

表17实施例8制得的贝利特硫铝酸盐水泥性能表

对比例

采用现有技术中的常规方法，以粉煤灰、石灰石和石膏制备贝利特硫铝酸盐水泥。各原料具体成分如表18所示。

表18原料的化学成分

名称	烧失量	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	TiO₂
									石灰石	42.76	1.17	0.66	0.025	53.42	1.3	——	0.24
石膏	20.75	6.83	2.77	0.57	30.10	0.98	36.84	0.24
									粉煤灰	4.27	52.30	36.05	3.87	1.36	0.94	——	——

按设计配比称量原料，经混合、压制成型、煅烧，在1300℃下保温60min，空气中冷却即得熟料。

测得水泥的物理力学性能如表19所示。

表19水泥的物理力学性能

从实施例1～实施例8及对比例中可以看出本发明有很大的优势，本发明制备方法，与现有技术中的常规制备工艺相比，本发明是一种低碳、绿色的贝利特硫铝酸盐水泥制备方法，尤其是水热合成，温度为60～150℃，具有合成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙，降低煅烧温度，降低能耗的优点；再者本发明以工业废渣为原料，不使用石灰石、粘土等矿物原料，不会产生二氧化碳，降低环境压力，节约了资源，促进了水泥的可持续发展。

Claims

1.一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于以工业废渣、工业石膏为原料，以铝矾土或尾矿铝矾土作为校正料，混合后加水研磨，成型，再进行水热反应，然后破碎，煅烧，粉磨，得到贝利特硫铝酸盐水泥，主要成分为和β-C₂S。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

将原料和校正料混合，按水灰比为0.32～0.43加水，混合，研磨2～15h后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；

将上述试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～10h；

然后破碎，再于在700～1100℃下煅烧60～90min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到贝利特硫铝酸盐水泥；

所述的原料为工业废渣、工业石膏；所述校正料为铝矾土或尾矿铝矾土。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的工业废渣包括硅铝质原料和钙质原料，其中硅铝质原料为增钙液态渣、煤矸石或粉煤灰；钙质原料为电石渣、糖滤泥或石灰干化污泥。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的原料与校正料的配比为：

硅铝质原料：钙质原料：工业石膏：校正料＝8.0～23.5％：36.4～59％：21.6～42.1％：1.5～13.7％。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的粉磨，磨至比表面积为350～400m²/kg。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的养护温度为115～125℃，养护时间为3～4.5h。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的贝利特硫铝酸盐水泥中，按质量百分比计，20～47％，β-C₂S：53～80％。