CN105621909B - 一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥 - Google Patents

一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，包括按重量份计的以下组分：水泥熟料50‑80份，稻壳灰10‑40份，改性脱硫灰5‑15份，石灰石1‑10份，石膏1‑5份。所述改性脱硫灰的改性方法为将半干法烧结烟气脱硫灰和水混合搅拌，破碎，煅烧获得。所述稻壳灰制作的方法为将干燥的稻壳煅烧，经冷却、粉磨而成。采用改性脱硫灰和稻壳灰的复掺来制备水泥，不仅同时实现稻壳灰与脱硫灰的资源化利用，缓解稻壳灰和脱硫灰堆放导致的一系列环境问题，还能为水泥生产中混合材的来源提供一种新的选择。

Description

一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥。
背景技术
稻壳灰是指稻壳在一定温度下煅烧后的残留物，是稻谷加工中的副产品。稻壳比例约占稻谷重量的20％，每燃烧1t稻壳可得到0.2t的稻壳灰，仅2014年我国稻谷总产量就达1.72亿吨，折算成稻壳产量也相当之大。如此大规模的稻壳过去随意焚烧既造成了资源的极大浪费又污染环境，目前主要作为生物燃料进行发电或提供热源，产生的稻壳灰如不加以合理利用，同样会对环境和公众健康带来很大威胁。研究表明，煅烧良好的稻壳灰中无定形含量很高，且由大量纳米级SiO2，凝胶粒子松散黏聚而成，形成大量纳米级孔隙，因而具有较高的火山灰活性，与粉煤灰、粒状高炉矿渣和硅灰等矿物质材料一样，能够明显改善水泥和混凝土的性能，具有良好的应用前景。利用稻壳灰制备水泥，不仅能有效解决稻壳灰的排放问题，而且还能缓解水泥行业对天然资源的依赖，降低生产成本。因此，利用稻壳灰来制备水泥是其综合利用的有效途径。
稻壳灰中虽然含有大量的无形性SiO2，但其活性需要在合适的激发剂的激发下才能充分体现出来。目前硫酸盐被认为是粉煤灰类火山灰活性矿物活性激发的有效手段，其中硫酸盐主要通过有效激发火山灰活性矿物中的活性SiO2和A12O3，改善颗粒包裹层的结构和增加活性成分的溶解度等途径来加快矿物活性的激发速度和提高矿物活性激发的程度。
炼钢烧结烟气脱硫灰是钢厂烧结机烟气脱硫时SO2与脱硫剂(CaCO3、CaO等)反应生成的脱硫副产物，目前，国内外只有少部分脱硫灰得到利用，绝大部分被抛弃，如果不加以合理利用，将会造成二次污染并占用土地。炼钢烧结烟气脱硫灰主要矿物组成是CaSO3·0.5H2O，并含有少量CaSO4、和部分未参与脱硫反应的脱硫剂CaCO3、CaO其他成分等，经过合理的改性，能将脱硫灰中的CaSO3·0.5H2O氧化为CaSO4·2H2O。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，可以同时解决稻壳灰和脱硫灰带来的环境问题，实现稻壳灰和脱硫灰资源化利用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，所述水泥包括按重量份计的以下组分：
水泥熟料50-80份，稻壳灰10-40份，改性脱硫灰5-15份，石灰石1-10份，石膏1-5份。
所述水泥包括按重量份计的以下水泥熟料55-75份，稻壳灰10-25份，改性脱硫灰6-12份，石灰石3-8份，石膏2-4份。
所述改性脱硫灰的改性方法为将半干法烧结烟气脱硫灰和水混合搅拌，破碎，煅烧获得。
所述半干法烧结烟气脱硫灰和水的重量比为100：50-120。
所述半干法烧结烟气脱硫灰和水的混合搅拌后静置存放≥10天再破碎。
所述改性脱硫灰煅烧条件为250-400℃下煅烧30-60min。
所述稻壳灰制作的方法为将干燥的稻壳煅烧，经冷却、粉磨而成。
所述煅烧方法为先将稻壳在300-400℃的温度下煅烧30-60min，然后在550-650℃的温度下煅烧30-60min，经冷却、粉磨而成。
所述石膏为天然石膏或脱硫石膏。
所述石灰石中Al2O3含量≤2.5％。
所述水泥熟料为通用水泥熟料，其各项性能指标均满足GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》的要求。
本发明提供的一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，有益效果如下：
1、煅烧合理的稻壳灰中含有大量无定型SiO2，因而具有较高的火山灰活性，能够用作混合材来制备水泥，而改性脱硫灰则可充当硫酸盐激发剂来激发稻壳灰的火山灰活性，本发明利用改性脱硫灰和稻壳灰作为混合材来制备水泥，在不影响水泥性能的前提下，降低熟料掺量；
2、本发明改性脱硫灰中硫酸盐矿物主要为CaSO4，由于改性脱硫灰中CaSO4矿物颗粒更细小，溶解速度更高，在水中的分散性也更好，另一方面在脱硫灰中某些杂质矿物会对CaSO4矿物产生掺杂作用，能够进一步活化其结构，使SO4 2-更易溶解，因此可以作为硫酸盐激发剂，来激发稻壳灰的火山灰活性，采用改性脱硫灰与稻壳灰的复配生产水泥，不仅可以缓解稻壳灰和脱硫灰堆放导致的一系列环境问题，还能减少水泥生产对不可再生矿物原材料的依赖；
3、本发明改性脱硫灰还具有一定的缓凝效果，能够减少水泥生产中石膏的消耗；
4、采用改性脱硫灰和稻壳灰的复掺来制备水泥，不仅同时实现稻壳灰与脱硫灰的资源化利用，缓解稻壳灰和脱硫灰堆放导致的一系列环境问题，还能为水泥生产中混合材的来源提供一种新的选择；
5、本发明的脱硫灰的改性分为两个阶段：1)加水混合的目的是除去脱硫灰中未完全参与脱硫的CaO，避免这部分CaO在水泥水化过程中吸水膨胀影响水泥性能，此外在这个阶段，脱硫灰中会有少部分亚硫酸钙氧化为硫酸钙，2)煅烧过程，这一阶段的主要目的是将脱硫灰中大部分亚硫酸钙氧化为硫酸钙，为稻壳灰的活性激发提供硫酸盐矿物，同时能起到一定的缓凝作用；
6、本发明在脱硫灰的改性时半干法烧结烟气脱硫灰和水的混合搅拌后静置存放≥10天再破碎，保证反应能够充分进行，反应更加充分；7、本发明稻壳煅烧方式能够降低稻壳灰中的碳含量，避免含碳量过高对水泥适应性造成的不良影响；另外，能将稻壳灰中的SiO2尽可能转化成具有活性的无定形SiO2，提高稻壳灰的水化活性；
7、本发明控制石灰石Al2O3含量≤2.5％，是为了控制石灰石中的含泥量。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，按水泥熟料70份，稻壳灰20份，改性脱硫灰5份，石灰石2份，石膏3份的重量比配制而成。其中，改性脱硫灰的制备方法为，将100份的脱硫灰和100份的水混合搅拌30min后，在室内自然存放30天，经初步破碎后，在300℃条件下煅烧45min后获得；稻壳灰的制备方法为，先将干燥稻壳灰在350℃的温度下煅烧30min，后在600℃的温度下煅烧30min后经自然冷却获得。水泥性能测试结果见表1。
实施例2
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，按水泥熟料65份，稻壳灰20份，改性脱硫灰8份，石灰石5份，石膏2份的重量比配制而成。其中，改性脱硫灰的制备方法为，将100份的脱硫灰和120份的水混合搅拌30min后，在室内自然存放20天，经初步破碎后，在300℃条件下煅烧45min后获得；稻壳灰的制备方法为，先将干燥稻壳灰在350℃的温度下煅烧30min，后在600℃的温度下煅烧30min后经自然冷却获得。水泥性能测试结果见表1。
实施例3
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，按水泥熟料60份，稻壳灰25份，改性脱硫灰8份，石灰石4份，石膏3份的重量比配制而成。其中，改性脱硫灰的制备方法为，将100份的脱硫灰和120份的水混合搅拌30min后，在室内自然存放40天，经初步破碎后，在300℃条件下煅烧55min后获得；稻壳灰的制备方法为，先将干燥稻壳灰在350℃的温度下煅烧30min，后在600℃的温度下煅烧30min后经自然冷却获得。水泥性能测试结果见表1。
实施例4
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，按水泥熟料55份，稻壳灰25份，改性脱硫灰10份，石灰石8份，石膏2份的重量比配制而成。其中，改性脱硫灰的制备方法为，将100份的脱硫灰和110份的水混合搅拌30min后，在室内自然存放30天，经初步破碎后，在400℃条件下煅烧35min后获得；稻壳灰的制备方法为，先将干燥稻壳灰在350℃的温度下煅烧30min，后在600℃的温度下煅烧30min后经自然冷却获得。水泥性能测试结果见表1。
实施例5
一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，按水泥熟料80份，稻壳灰10份，改性脱硫灰5份，石灰石1份，石膏4份的重量比配制而成。其中，改性脱硫灰的制备方法为，将100份的脱硫灰和90份的水混合搅拌30min后，在室内自然存放30天，经初步破碎后，在350℃条件下煅烧55min后获得；稻壳灰的制备方法为，先将干燥稻壳灰在350℃的温度下煅烧30min，后在600℃的温度下煅烧30min后经自然冷却获得。水泥性能测试结果见表1。
由表1可知，实施例1、实施例2、实施例5中的水泥试样各项性能均满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中P·O 42.5水泥的标准，实施例3、实施例4中的水泥试样各项性能均满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中P·C 32.5R水泥的标准。
表1水泥性能测试结果
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复掺改性脱硫灰和稻壳灰的水泥，其特征在于：所述水泥包括按重量份计的以下组分：
水泥熟料50-80份，稻壳灰10-40份，改性脱硫灰5-15份，石灰石1-10份，石膏1-5份；
所述改性脱硫灰的改性方法为将半干法烧结烟气脱硫灰和水混合搅拌，破碎，煅烧获得；
所述半干法烧结烟气脱硫灰和水的重量比为100：50-120；
所述半干法烧结烟气脱硫灰和水混合搅拌后静置存放≥10天再破碎；
所述改性脱硫灰煅烧条件为250-400℃下煅烧30-60 min；
所述稻壳灰制作的方法为将干燥的稻壳煅烧，经冷却、粉磨而成，稻壳煅烧方法为先将稻壳在300-400℃的温度下煅烧30-60min，然后在550-650℃的温度下煅烧30-60min。
2.根据权利要求1所述的水泥，其特征在于：所述水泥包括按重量份计的以下水泥熟料55-75份，稻壳灰 10-25份，改性脱硫灰6-12份，石灰石3-8份，石膏2-4份。
3.根据权利要求1或2所述的水泥，其特征在于：所述石膏为天然石膏或脱硫石膏。
4.根据权利要求1或2所述的水泥，其特征在于：所述石灰石中Al2O3含量≤2.5%。
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