CN105254193B

CN105254193B - 一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法

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Publication number: CN105254193B
Application number: CN201510726095.XA
Authority: CN
Inventors: 雷雪飞; 薛向欣; 杨合; 边冲冲; 牛梦超; 杨延涛; 高小尧; 王思蒙; 张志男; 隋钰莹; 陈星昱; 崔志朋; 朴勇俊
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN105254193A

Abstract

本发明的目的是为了利用大量排放的转炉渣、粉煤灰和废弃的玻璃，以解决环境污染问题、实现资源的有效利用，提供了一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法，属于固体废弃物综合利用和建筑材料领域。该方法以转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰为原料，各原料按重量百分比的配比为：转炉渣8.3～9.5％、粉煤灰13.5～18.8％、玻璃渣14.6～20％、生石灰57～58.3％；经原料预均化、生料粉磨、成球、熟料煅烧、粉磨过程，制成水泥熟料，再将熟料、石膏和转炉渣或粉煤灰混合，制成水泥。本发明的水泥既可作为水泥原料，也可作为掺合料使用，降低了水泥的生产成本，并且制备工艺简单，减少相关的天然资源的利用，更有利于水泥产品的推广。

Description

一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法

技术领域

本发明属于固体废弃物综合利用和建筑材料领域，具体地说是一种以废弃物转炉渣、粉煤灰和玻璃渣为原料的水泥及水泥熟料的制备方法。

背景技术

我国是钢铁大国，同时，火力发电也是我国的主要发电方式，这两种工业所产生的主要废弃物——转炉渣、粉煤灰的产量不断增加。转炉渣作为炼钢工艺过程中必然的副产品，其产量随着钢产量的增加大幅攀升，目前我国渣与钢铁的比例基本上维持在100kg/t--130kg/t，而转炉渣回收利用的能力也很有限，而传统的处理方法也很难实现转炉渣的循环利用；我国的产煤量很大，因此在用火力发电的过程中将煤炭定为了主要的燃料，电力工业的发展必然带来粉煤灰产量的增加。

我国转炉渣的主要化学成分为二氧化硅，氧化钙，氧化铝，氧化铁和氧化镁等，是水泥的重要组分；同时在转炉渣中含有硅酸二钙和硅酸三钙，水化可产生胶凝作用，因此以转炉渣为主要原料制备水泥具有很好的结合点，是一项“变废为宝”的可行技术，对环境保护具有重要意义。以转炉渣为主要原料制备水泥为转炉渣的回收利用找到了新的有效的途径，同时对于提高钢铁废渣的利用率，增加企业经济效益，减轻环境污染具有重要的意义。

粉煤灰中含有很多稀有的微量元素以及一些经济价值很高的有机物质，因此通过一些回收、提炼、析取等方式对粉煤灰进行二次开发和利用，近年来，粉煤灰还开始应用于道路工程建设，为粉煤灰的商品资源化开发出了一个新的领域和方向，具有重要的社会经济效益。虽然我国粉煤灰的应用技术已达到国际平均水平以上，但是，其具有地域性和季节性，粉煤灰的累积堆放还是给环境带来了严重的危害。

我国玻璃的生产、使用量都很大，并产生大量的废玻璃。回收再利用也成为了很多国家处理废旧玻璃的绿色方式，但与发达国家相比，我国废旧玻璃的回收率只有13～15％左右，废玻璃利用率很低。

发明内容

本发明的目的是为了利用大量排放的转炉渣、粉煤灰和废弃的玻璃，以解决环境污染问题、实现资源的有效利用，提供了一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法。该方法以转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰为原料，经原料预均化、生料成球、煅烧、熟料冷却、粉磨过程，制成水泥熟料，再将熟料、石膏和转炉渣或粉煤灰混合，制成水泥。本发明的水泥既可作为水泥原料，也可作为掺合料使用，不仅降低了水泥的生产成本，而且制备工艺简单，减少相关的天然资源的利用，更有利于水泥产品的推广。

一种以废弃物为原料的水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1)原料预均化

取原料转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰，混合均匀，各原料按重量百分比的配比为：转炉渣8.3～9.5％、粉煤灰13.5～18.8％、玻璃渣14.6～20％、生石灰57～58.3％；

所述的转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰均为烘干的、粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末；

其中，转炉渣中各组分的重量百分比组成为：CaO 30～35％，SiO₂ 30～35％，Al₂O₃10～15％，MgO 10～15％，TiO₂ 8～12％，其他3～10％；

粉煤灰中各组分的重量百分比组成为：SiO₂ 45～60％，Al₂O₃ 25～35％，Fe₂O₃ 5～10％，CaO 3～6％，其他5～12％；

2)生料成球

将混合均匀的生料加入适量水，制成直径为5～10mm的料球；

3)生料煅烧

先将加热炉炉温升温到750～850℃，然后将料球置于炉内随炉升温，升温至1350℃～1450℃，并保温1～2小时；

4)熟料冷却

煅烧完成后，将料球取出隔水放入温度≤20℃的冷水中，采用水淬急冷的方式制成熟料；

5)熟料粉磨

将熟料在烘箱中于80～100℃充分干燥，再放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％，即得到水泥熟料粉料。

上述制得的水泥熟料，率值为KH＝0.86～0.90，SM＝2.1～2.6，IM＝1.2～1.6；

上述制得的水泥熟料的主要成分为硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙3CaO·Al₂O₃，属于硅酸盐类水泥；

利用上述水泥熟料配置的水泥，由上述方法制备的水泥熟料、转炉渣和石膏混合均匀而成；各组成成分的百分含量为：78～93％熟料、5～20％转炉渣、2～3.5％石膏；

转炉渣中各组分的重量百分比组成为：CaO 30～35％，SiO₂ 30～35％，Al₂O₃ 10～15％，MgO 10～15％，TiO₂ 8～12％，其他3～10％；

或者，利用上述水泥熟料配置的水泥，由上述方法制备的水泥熟料、粉煤灰和石膏混合均匀而成；各组成成分的百分含量为：83～98％熟料、0～15％粉煤灰、2～3.5％石膏粉；

煤灰中各组分的重量百分比组成为SiO₂ 45～60％，Al₂O₃ 25～35％，Fe₂O₃ 5～10％，CaO 3～6％，其他5～12％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、由于转炉渣中CaO、f-CaO、FeO、MgO的含量相对较高，用于生产水泥可加强水泥强度及耐久性，同时减少资源消耗，减轻环境负荷；

2、由于转炉渣资源广泛，本发明制备的产品既可作为水泥原料，也可作为掺合料使用，降低了水泥的生产成本，并且制备工艺简单，减少相关的天然资源的利用，更有利于水泥产品的推广。

附图说明

图1、本发明中水泥熟料的制备流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明的内容作进一步说明和补充。

实施例中使用的转炉渣中各组分的重量百分比组成为：CaO 31.65％，SiO₂30.47％，Al₂O₃ 11.83％，MgO 11.72％，TiO₂ 9.43％，其他4.9％；

粉煤灰中各组分的重量百分比组成为：SiO₂ 52.03％，Al₂O₃ 30.15％，Fe₂O₃7.29％，CaO 4.38％，其他6.15％。

本发明实施例中采用的球磨机为Ф1200×2400型球磨机。

本发明实施例中采用的焙烧设备为KLX-17A节能型快速升温高温电炉。

本发明实施例中采用EX-2500型X-射线衍射仪，分析水泥熟料的物相组成。

本发明实施例中采用WDW3100－微控电子万能试验机，测试水泥样品的抗压强度和抗折强度。

检测样品的制备：将实施例中的熟料与转炉渣或粉煤灰以及石膏按照一定的比例混合，制成水泥，再在水泥中加入适量水搅拌均匀，制成大小相同且边长为40毫米的立方体水泥块，分别保养7天和28天后，测试其抗压强度和抗折强度。

实施例1

一种水泥熟料的制备方法如下：

1)将水泥熟料的原料按照如下质量百分比取料：转炉渣8.3％、粉煤灰18.8％、玻璃渣14.6％、生石灰58.3％，并且以上原料均为烘干的、粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末；再用搅拌机将原料搅拌均匀；

2)将混合均匀的原料加入适量水，制成直径7±1mm的料球，然后将料球置于刚玉坩锅中；

3)将坩锅置于800±10℃的电炉中，随炉升温至1350℃，再保温1小时；

4)煅烧完成后，将坩锅从电炉中取出立即放入20℃的水中，采用水淬急冷的方式，制成熟料；

5)将熟料于100℃烘干箱中充分干燥，再放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％，即得到水泥熟料粉料。

上述制得的水泥熟料，率值为KH＝0.89，SM＝2.11，IM＝1.58。

将上述水泥熟料粉料与转炉渣、石膏按照表1所示的比例混合制成转炉渣水泥，制成检测样品后进行检测，结果如表1和表2所示。

表1、转炉渣水泥试样的抗压强度力学测量数据

表2、转炉渣试样的抗折强度力学测量数据

实施例2

一种水泥熟料的制备方法如下：

1)将水泥熟料的原料按照如下质量百分比取料：转炉渣9.5％、粉煤灰13.5％、玻璃渣20％、生石灰57％，并且以上原料均为烘干的、粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末；再用搅拌机将原料搅拌均匀；

2)将混合均匀的原料加入适量水，制成直径5～6mm的料球，然后将料球置于刚玉坩锅中；

3)将坩锅置于750～760℃的电炉中，随炉升温至1450℃，再保温2小时；

4)煅烧完成后，将坩锅从电炉中取出立即放入10℃的水中，采用水淬急冷的方式，制成熟料；

5)将熟料于90℃烘干箱中充分干燥，再放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％，即得到水泥熟料粉料。

上述制得的水泥熟料，率值为KH＝0.86，SM＝2.6，IM＝1.2。

将上述水泥熟料粉料与转炉渣、石膏按照91.5％熟料、5％转炉渣、3.5％石膏的比例混合制成转炉渣水泥，制成检测样品进行检测，保养28天后，其抗压强度为49.83MPa，抗折强度为6.85MPa。

实施例3

一种水泥熟料的制备方法如下：

1)将水泥熟料的原料按照如下质量百分比取料：转炉渣9.2％、粉煤灰13.7％、玻璃渣19.1％、生石灰58％，并且以上原料均为烘干的、粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末；再用搅拌机将原料搅拌均匀；

2)将混合均匀的原料加入适量水，制成直径9～10mm的料球，然后将料球置于刚玉坩锅中；

3)将坩锅置于840～850℃的电炉中，随炉升温至1400℃，再保温2小时；

4)煅烧完成后，将坩锅从电炉中取出立即放入4℃的水中，采用水淬急冷的方式，制成熟料；

5)将熟料于80℃烘干箱中充分干燥，再放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％，即得到水泥熟料粉料。

上述制得的水泥熟料，率值为KH＝0.87，SM＝2.57，IM＝1.4。

将上述水泥熟料粉料与转炉渣、石膏按照85％熟料、12％转炉渣、3％石膏的比例混合制成转炉渣水泥，制成检测样品后进行检测，保养28天后，其抗压强度为58.70MPa，抗折强度为6.98MPa。

实施例4

取实施例1制得的水泥熟料与粉煤灰、石膏按照表3所示的比例混合制成粉煤灰水泥，制成检测样品后进行检测，检测结果如表3和表4所示。

表3、粉煤灰试样的抗压强度力学测量数据

表4、粉煤灰试样的抗折强度力学测量数据

实施例5

取实施例2制备的水泥熟料，将熟料与粉煤灰、石膏按照96.5％熟料、0％粉煤灰、3.5％石膏的比例混合制成粉煤灰水泥，制成检测样品后进行检测，保养28天后，其抗压强度为50.12MPa，抗折强度为6.18MPa。

实施例6

取实施例3制备的水泥熟料，将熟料与粉煤灰、石膏按照91％熟料、6％粉煤灰、3％石膏的比例混合制成粉煤灰水泥，制成检测样品后进行检测，保养28天后，其抗压强度为57.83MPa，抗折强度为6.42MPa。

Claims

1.一种以废弃物为原料的水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原料预均化

取原料转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰，混合均匀；

所述水泥熟料的各原料按重量百分比的配比为：转炉渣8.3～9.5％，粉煤灰13.5～18.8％，玻璃渣14.6～20％，生石灰57～58.3％；

所述的转炉渣中各组分的重量百分比组成为：CaO 30～35％，SiO₂ 30～35％，Al₂O₃ 10～15％，MgO 10～15％，TiO₂ 8～12％，其他3～10％；

所述的粉煤灰中各组分的重量百分比组成为：SiO₂ 45～60％，Al₂O₃ 25～35％，Fe₂O₃ 5～10％，CaO 3～6％，其他5～12％；

2)生料成球

将混合均匀的原料加入适量水，制成直径为5～10mm的料球；

3)生料煅烧

先将加热炉炉温升温到750～850℃，然后将料球置于炉内随炉升温，升温至1350℃～1450℃，再保温1～2小时；

4)熟料冷却

5)熟料粉磨

将熟料在烘箱中于80～100℃充分干燥，再放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末，即得到水泥熟料粉料；

所制得的水泥熟料的率值为KH＝0.86～0.90，SM＝2.1～2.6，IM＝1.2～1.6。

2.根据权利要求1所述的一种以废弃物为原料的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的原料转炉渣、粉煤灰、废玻璃和生石灰均为烘干的、粉磨至80μm方孔筛筛余量≤10％的粉末。

3.一种以废弃物为原料的水泥，其特征在于，由转炉渣、石膏和权利要求1的方法制得的水泥熟料混合均匀而成；各组成成分的百分含量为：5～20％转炉渣、2～3.5％石膏、78～93％水泥熟料。

4.一种以废弃物为原料的水泥，其特征在于，由粉煤灰、石膏和权利要求1的方法制得的水泥熟料混合均匀而成；各组成成分的百分含量为：0～15％粉煤灰、2～3.5％石膏、83～98％水泥熟料。