CN105314902B - 全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，采用电石渣、粉煤灰、电解铝渣和脱硫石膏作为原料；该方法的具体操作步骤如下：一)对原料进行干燥；二)将重量百分比为：50～60％的干燥电石渣，20～30％的干燥粉煤灰，7～10％的干燥电解铝渣，10～15％的干燥脱硫石膏组成混合物料；三)向混合物料中添加硼酸，对添加硼酸后的混合物料进行粉磨，得到粉状水泥生料；四)对水泥生料进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，得到水泥熟料，冷却至室温。本发明不仅可以有效地解决废渣的利用问题，而且变废为宝，可以生产具有和普通硅酸盐水泥熟料相似的高质量水泥产品，是一种高附加值的工业废渣利用途径。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域的水泥材料，特别涉及一种全部利用工业废渣配料烧制贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法。
背景技术
贝利特硫铝酸盐水泥熟料的生产与普通硅酸盐水泥熟料相比，能够节约能耗和降低二氧化碳排放分别达20％以上，同时在性能上能够和普通硅酸盐水泥熟料相媲美，是近年来研究新型低碳和节能水泥的热点，在国内外申请了较多的发明专利。
在2012年2月1日，天津水泥工业设计研究院有限公司和天津中材工程研究中心有限公司，联合申请了一项发明名称为：一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法、专利号为：201210022401.8的发明专利，并获得了授权。使用的原料主要是石灰石、高铝粉煤灰和天然石膏，制备的熟料3d强度达到30～50MPa，28d强度达到60～70Mpa，需水量和凝结特性与普通硅酸水泥熟料接近。
在2010年1月21日，北京工业大学申请了一项发明名称为：一种利用煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥，专利申请号为：201010034452.3的发明专利，使用的原料主要是石灰石、煤矸石和磷石膏。制备的高贝利特硫铝酸盐水泥性能优于52.5R等级的普通硅酸盐水泥。
在2011年5月11日，中国建筑材料研究总院申请了一项发明名称为：一种低能耗、低排放水泥制备方法及应用的发明专利，公开号为：CN102249576A，使用石灰石、铝矾土、粘土或者砂岩和天然石膏为原料，烧制成以贝利特和无水硫铝酸钙矿物为主的新型水泥，水泥的3d强度可达到33MPa，28d强度可以达到55MPa。
国际知名水泥生产商拉法基公司(lafarge)在美国申请了一项发明名称为：一种高贝利特含量的硫铝酸盐水泥熟料及制备方法，公开号为：US2010/0132590A1的发明专利，使用石灰石、高岭土、铝矾土和天然硬石膏以及氧化铁作为原料，同时添加少量的氧化钠和氧化硼来促进熟料烧制，煅烧的水泥熟料1d强度为20MPa，28d强度为53.5MPa。
以上这些煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，均使用了至少一种天然矿物作为原料。实际上，我国每年要排放大量的各种工业废渣，这些工业废渣的成分和性质和一些天然矿物接近，如果能够很好地利用，不仅可以解决工业废渣的使用问题，而且还可以充分利用工业废渣中的各种复杂杂质离子，形成具有特殊性能的材料，产生高附加值的产品，是一种一举多得的技术方法。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，采用电石渣、粉煤灰、电解铝渣和脱硫石膏作为原料；该方法的具体操作步骤如下：
一)对原料进行干燥；
二)将重量百分比为：50～60％的干燥电石渣，20～30％的干燥粉煤灰，7～10％的干燥电解铝渣，10～15％的干燥脱硫石膏组成混合物料；
三)向混合物料中添加硼酸，对添加硼酸后的混合物料进行粉磨，得到粉状水泥生料；
四)对水泥生料进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，得到水泥熟料，冷却至室温；其中水泥熟料中的矿物组成为：56.2～60％的à型C2S，26.8～29.8％的以及13.2～14.6％的C4AF。
所述步骤三)，粉状水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余为8～12％。
所述步骤四)，在所述步骤三)得到的粉状水泥生料中加水，搅拌均匀后压成料饼，将料饼在烘箱中于100℃下烘干获得干燥的料饼；然后将干燥的料饼放入试验电炉进行煅烧，煅烧温度为1280～1290℃，煅烧时间为40～45分钟；烧成的水泥熟料利用风扇吹冷至室温。
所述步骤四)，将所述步骤三)得到的粉状水泥生料喂入半工业化窑中进行煅烧，煅烧温度为1280～1300℃，煅烧时间为30～35分钟，烧成的水泥熟料利用冷却机冷却至室温。
所述步骤三)，向混合物料中按照重量百分比0.5～1.0％添加硼酸。
所述步骤四)，在所述步骤三)得到的粉状水泥生料中加入1.0％的水。
本发明具有的优点和积极效果是：全部采用各种工业废渣作原料，充分利用工业废渣的性质、相互匹配以及工业废渣中含有的杂质元素，通过独创性的配料技术，煅烧出物理强度和P.O52.5普通硅酸盐水泥相当的贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其物理强度能和各种采用天然矿物原料煅烧的贝利特硫铝酸盐水泥熟料相媲美。3d强度可达到30MPa以上，28d强度可达到50Mpa以上。需水量和凝结时间和普通硅酸水泥熟料接近。应用本发明，对于那些拥有这些工业废渣“资源”的地区，具有非常显著的经济和社会效益，不仅可以有效地解决这些废渣的利用问题，而且变废为宝，可以生产具有和普通硅酸盐水泥熟料相似的高质量水泥产品，是一种高附加值的工业废渣利用途径，生产企业成本低廉，并可以享受国家的有关免税政策，经济效益显著。粉煤灰、电石渣、电解铝渣和脱硫石膏这些工业废渣，每一项都是目前相关工业生产企业亟需解决的废物利用难题，在一个产品中消纳四种工业固体废渣，可以为社会和环境提供一种高效率的废渣利用技术。专家认为“工业废渣”从某种意义上来讲实际上是一种“放错了地方的”资源，所以充分利用这些“资源”生产高附加值产品，对于工业生产的可持续发展来说，意义深远。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，现做如下详细说明：
本发明提供了一种全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，所用的原料全部为各种工业废渣。其中，石灰质原料使用电石厂排出的电石渣；铝质原料使用电厂排出的粉煤灰以及电解铝厂排出的电解铝渣；粉煤灰因为细度粗，目前不能直接用于水泥或混凝土，并且粉煤灰中氧化铝的含量较低；硫质原料使用电厂排出的脱硫石膏。所有原料都是粉状物料，易磨性好，还利于节约生料粉磨电耗。干燥后的各种工业废渣的重量百分比为：粉煤灰，20～30％；电石渣，50～60％；电解铝渣，7～10％；脱硫石膏10～15％。按上述比例组成混合物料，再添加占混合物料重量百分比为0.5～1.0％的硼酸，然后利用球磨机，将上述物料粉磨至80μm方孔筛的筛余为8～12％，得到粉状水泥生料。将水泥生料在1280～1300℃的温度范围内，在氧化气氛下煅烧30～40分钟，直至所有矿物完全形成，得到水泥熟料，水泥熟料中的矿物组成为：56.2～60％的à型C2S，26.8～29.8％的以及13.2～14.6％的C4AF。水泥熟料3d强度能够达到30MPa以上，28d强度能够达到50MPa以上，初凝时间大于30分钟。本发明为延缓各种工业废渣中钾、钠等元素含量较高造成熟料的急凝现象，配料时掺入0.5～1.0％的硼酸进行缓凝。同时在煅烧过程中，硼酸中的硼元素和工业废渣中钾、钠等微量元素的共同作用，能够促使熟料的C2S矿物几乎全部形成à晶体形态，并能够使这种高温的晶体形态保持稳定，在冷却过程中不会转变为β型，从而保证了熟料具有优异的后期强度。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1～实施例3所用的各种工业废渣及其化学成分请参见表1：
表1四种工业废渣的化学成分
| 类别 | LOSS | CaO | MgO | |||||||
| 粉煤灰 | 1.02 | 49.90 | 31.46 | 7.21 | 4.14 | 0.92 | 0.95 | 0.96 | 0.58 | 1.00 |
| 电石渣 | 24.77 | 2.42 | 1.50 | 0.39 | 67.21 | 0.06 | 0.00 | 0.03 | 0.36 | 3.20 |
| 电解铝渣 | 4.70 | 6.80 | 80.64 | 0.94 | 1.17 | 0.53 | 0.11 | 0.92 | 8.03 | 0.53 |
| 脱硫石膏 | 20.57 | 0.95 | 0.74 | 0.21 | 32.60 | 0.00 | 0.00 | 0.05 | 0.14 | 43.86 |
实施例1：
将上述四种工业废渣在100℃下，在烘干箱中烘干，再按重量百分组成：粉煤灰30％，电石渣53％，电解铝渣7％，脱硫石膏10％，称取3000g混合物料混合均匀，添加占混合物料总重量百分比为0.5％的硼酸，在试验球磨机中磨细至80μm方孔筛的筛余为8～12％，得到粉状水泥生料。将粉状水泥生料中加入1％的水，搅拌均匀放入内径为8cm，深2cm的圆形模具中，利用小型压力机压制成料饼，将料饼在烘箱中于100℃下烘干。每次取10块料饼，放入预先升温到1290℃的试验电炉中煅烧40分钟，水泥熟料矿物全部形成。直至所有料饼全部烧完。煅烧后的熟料利用风扇吹冷至室温。
将经过冷却的水泥熟料破碎后，利用球磨机粉磨至比表面积为400±50㎡/kg的细度。水泥熟料的化学成分及利用XRD衍射定量分析方法测定的熟料矿物组成请参见表2。
表2：水泥熟料化学组成和矿物组成
按照国家标准方法，对上述水泥熟料的强度和标准稠度用水量，以及凝结时间等物理性能的测定结果请参见表3。
表3：水泥熟料的物理性能
实施例2：
将上述四种工业废渣在100℃下在烘干箱中烘干，再按重量百分组成：粉煤灰20％，电石渣60％，电解铝渣8％，脱硫石膏12％，称取3000g混合物料混合均匀，添加占混合物料总重量百分比为0.8％的硼酸，在试验球磨机中磨细至80μm方孔筛的筛余为8～12％，得到粉状水泥生料。将粉状水泥生料中加入1％的自来水，搅拌均匀放入内径为8cm，深2cm的圆形模具中，利用小型压力机压制成料饼，将料饼在烘箱中于100℃下烘干。每次取10块料饼，放入预先升温到1280℃的试验电炉中煅烧45分钟，水泥熟料矿物全部形成。直至所有料饼全部烧完。煅烧后的水泥熟料利用风扇吹冷至室温。
将经过冷却的水泥熟料破碎后，利用球磨机粉磨至比表面积为400±50㎡/kg的细度。水泥熟料的化学成分及利用XRD衍射定量分析方法测定的熟料矿物组成请参见表4。
表4：水泥熟料的化学组成和矿物组成
按照国家标准方法，对上述水泥熟料的强度和标准稠度用水量，以及凝结时间等物理性能的测定结果请参见表5。
表5：水泥熟料的物理性能
实施例3：
将上述四种工业废渣在阳光下晾晒，晒干后，再按重量百分组成：粉煤灰25％，电石渣50％，电解铝渣10％，脱硫石膏15％，称取1000kg混合物料混合均匀，添加占混合物料总重量百分比为1.0％的硼酸。利用半工业化立磨将所有物料磨细至80μm方孔筛的筛余为8～12％，得到1吨左右的粉状水泥生料。直接将粉状水泥生料喂入半工业化窑中，控制适宜的喂料量和物料在窑内的流速，保证窑内有足够的通风量和氧化气氛，避免脱硫石膏在窑内的分解造成有用元素的流失，使物料在1280～1300℃的高温带停留30～35分钟，直至水泥熟料矿物全部形成，烧成的水泥熟料利用单筒冷却机冷却至室温。
将经过冷却的水泥熟料破碎后，利用球磨机粉磨至比表面积为400±50㎡/kg的细度。水泥熟料的化学成分及利用XRD衍射定量分析方法测定的熟料矿物组成请参见表6。
表6水泥熟料的化学组成和矿物组成
按照国家标准方法，对水泥熟料的强度和标准稠度用水量，以及凝结时间等物理性能的测定结果见7所示。
表7熟料的物理性能
本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内可以提出其他的实施例，但这种实施例都应包括在本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，采用电石渣、粉煤灰、电解铝渣和脱硫石膏作为原料；
该方法的具体操作步骤如下：
一)对原料进行干燥，
二)将重量百分比为：50～60％的干燥电石渣，20～30％的干燥粉煤灰，7～10％的干燥电解铝渣，10～15％的干燥脱硫石膏组成混合物料，
三)向混合物料中添加硼酸，对添加硼酸后的混合物料进行粉磨，得到粉状水泥生料；
四)对水泥生料进行煅烧，直至水泥熟料矿物全部形成，得到水泥熟料，冷却至室温；其中水泥熟料中的矿物组成为：56.2～60％的à型C2S，26.8～29.8％的以及13.2～14.6％的C4AF。
2.根据权利要求1所述全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，所述步骤三)，粉状水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余为8～12％。
3.根据权利要求1所述全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，所述步骤四)，在所述步骤三)得到的粉状水泥生料中加水，搅拌均匀后压成料饼，将料饼在烘箱中于100℃下烘干获得干燥的料饼；然后将干燥的料饼放入试验电炉进行煅烧，煅烧温度为1280～1290℃，煅烧时间为40～45分钟；烧成的水泥熟料利用风扇吹冷至室温。
4.根据权利要求1所述全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，所述步骤四)，将所述步骤三)得到的粉状水泥生料喂入半工业化窑中进行煅烧，煅烧温度为1280～1300℃，煅烧时间为30～35分钟，烧成的水泥熟料利用冷却机冷却至室温。
5.根据权利要求1所述全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，所述步骤三)，向混合物料中按照重量百分比0.5～1.0％添加硼酸。
6.根据权利要求3所述全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，所述步骤四)，在所述步骤三)得到的粉状水泥生料中加入1.0％的水。
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