CN106220008A - 一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法，所述的低碳水泥熟料制备原料为含硅铝材料、石灰石及石膏，原料按一定比例混合均匀后进行粉磨形成生料，粉磨后生料粒径要求0.08mm方孔筛筛余小于10%，粉磨后的原料在煅烧温度1200‑1300℃条件下煅烧20‑40min，冷却后即得所述低碳水泥熟料；本发明提供的低碳水泥熟料中β型硅酸二钙10‑25%，硫硅酸钙5‑15%，硅酸三钙15‑45%，硫铝酸钙15‑45%，该低碳水泥熟料加入0.01%‑15%的石膏及0.01%‑15%的石灰石进行粉磨后得水泥成品，本发明具有煅烧温度低、凝结时间短、硬化速度快、早期强度高、后期强度持续增长的优点。

Description

一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法

技术领域

本发明属于水泥熟料的生产技术领域，具体涉及一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法。

背景技术

生产传统硅酸盐水泥的原材料主要是石灰质、粘土及其它硅、铝和铁质校正原料，水泥熟料的主要矿物成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。通常硅酸三钙占矿物组成的60~70%，硅酸二钙占15~25%，铝酸三钙占5~10%，铁铝酸四钙占10~15%。传统硅酸盐水泥熟料硅酸三钙矿物含量很高，不仅烧成温度很高，而且对石灰石的品位要求也很高，因此，传统水泥行业是典型的高排放、高能耗、高资源负荷的典型代表，是不可持续的。

截止目前，国内外科研人员在以贝利特为主要矿物的水泥熟料（硅酸二钙为主硅酸盐水泥熟料）研究方面开展了大量的研究工作。例如，申请号201210022401 的专利记载水泥熟料含有25-30％的-C2S；25-30％的-C2S；28-40％的C4A3 Š；4-12％的C4AF；4-8％的非晶相物质，该水泥通过生成大量的-C2S来改善水泥的早期强度，但是生成条件很难控制。申请号200610045503.6的专利记载硫铝酸钡钙矿物与贝利特矿物复合的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，但受硫酸钡资源限制，不可能规模化生产。另有研究表明，因为贝利特矿物的水化活性很低导致水泥3天和28天强度不能满足工程要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种煅烧温度低、凝结时间短、硬化速度快、早期强度高、后期强度持续增长的低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法，且其强度指标能够满足实际工程要求。

本发明的目的是这样实现的：一种低碳水泥熟料的制备方法，所述的低碳水泥熟料中各组分的含量为：β型硅酸二钙10-25%，硫硅酸钙5-15%，硅酸三钙15-45%，硫铝酸钙15-45%，灰质0-5%，低碳水泥熟料的制备方法包括如下步骤：

步骤1：原料准备：低碳水泥熟料的制备原料包括含硅铝材料、石灰石和石膏，各原料的重量份数比为：含硅铝材料20-35份，石灰石40-60份和石膏5-15份；

步骤2：制备细料：按各原料重量份数混合后在生料磨中混合磨细，生料细度过80微米筛，并且筛余小于10%的原料重量，制得细料；

步骤3：煅烧：将步骤2中制得的细料在高温条件下进行煅烧20-40min，煅烧温度为1200-1300℃；

步骤4：冷却：将步骤3中制得的物料冷却后，即可得到低碳水泥熟料。

所述的石灰石中CaO含量为45-56%。

所述的含硅铝材料为低品位矾土、粉煤灰、赤泥、煤矸石中其中一种或几种的混合物，并且所述的含硅铝材料中二氧化硅含量为20-60%，三氧化二铝含量为20-70%，三氧化二铁含量为0.01-10%，氧化镁含量为0.01-5%。

所述的石膏可以是磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、天然硬石膏和天然二水石膏中的一种或多种的混合物，要求三氧化硫含量大于40%。

一种低碳水泥熟料的应用方法，所述的应用方法包括如下步骤：

步骤1：准备石膏原料、石灰石和低碳水泥熟料，并且各物料的重量份数为：石膏原料0.01-15份，石灰石0.01-15份和低碳水泥熟料95-100份；

步骤2：磨粉：将步骤1中的物料进行磨粉，粉磨后粒径要求比表面积不小于400m2/kg。

所述的石膏原料为天然石膏、硬石膏或半水石膏中的任意一种。

本发明的有益效果是：本发明是基于以下原理：低品位铝钒土或粉煤灰或赤泥或煤矸石的化学成分主要包括SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO以及其它少量氧化物，可以充分提供本发明水泥熟料中矿物所需的硅铝质材料。石灰石主要提供形成熟料矿物所需的CaO成分。石膏主要用于提供生成硫硅酸钙、硫铝酸钙矿物的硫元素并控制其它铝酸盐矿物的数量，同时降低烧结温度。

本发明中水泥熟料石灰饱和系数显著低于传统硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数。通过将原材料按上述比例掺和后在1200~1300℃左右烧结成的绿色低碳水泥熟料中主要矿物成分包括硫硅酸钙、型硅酸二钙，硅酸三钙以及硫铝酸钙。采用本方法制备的低碳水泥熟料中，引入硫酸钙在低温下生成硫硅酸钙矿物，硫掺杂技术使高活性型硅酸二钙晶体发生畸变，晶体矿物表面形成大量的微裂纹，从而具有很高的水化活性，不仅对后期强度发展贡献极大，而且对水泥石早期和中期强度发展也非常有利，在既有文献中没有发现具有本方法制备的以硫硅酸钙为主要熟料矿物之一的水泥熟料，也没有发现类似本发明所描述的型硅酸二钙晶体的表面特征；硫铝酸钙矿物水化具有小时强度发展特征，对获得高早期强度有利；本发明低钙水泥熟料中引入的硫硅酸钙是一种在低温条件下（1050~1250℃左右）形成的具有高水化活性的熟料矿物，该熟料矿物的水化活性在既有文献中没有发现，其对硬化水泥浆体的中期强度发展非常有利，进一步缩短了早期强度和后期强度发展的过渡时间。本方法制备的水泥熟料水化步骤如下：

第一步：早期水化

第二步：中期水化

第三步：中后期水化

该水泥熟料具有很高的早期强度，稳定的中期强度发展和优秀的后期强度增长率，所制备的水泥砂浆流动性能优良。同时，烧成过程降低CO2排放25%左右，降低氮氧化物NOx排放40%左右，降低煤耗20%左右，降低电耗10%左右，是一种典型的生态水泥。

本发明提供的水泥熟料具有高水化活性，其中硫硅酸钙含量介于5%~15%,硅酸三钙含量介于15~50%之间，β型硅酸二钙含量介于10%~25%，硫铝酸钙含量介于15%~45%之间；高活性型硅酸二钙的水化活性改善源自晶体颗粒表面具有大量的微裂纹缺陷，从而显著提高该类水泥熟料的后期强度；硫硅酸钙矿物形成温度介于1150oC~1250℃，最优温度为1200℃，水化活性介于硫铝酸钙和高活性型硅酸二钙之间，贡献于该类水泥熟料的中期强度发展，从而避免水泥混凝土强度发展中期间断现象，硫硅酸钙的形成，是本发明的第一个重要创新点；硫硅酸钙和硅酸三钙低温烧成共存技术是本发明的第二个重要创新点，现有技术水泥熟料中未发现相关研究；硫铝酸钙含量介于15%-25%之间，贡献于该类水泥熟料的早期强度发展。

2. 低品位铝钒土或粉煤灰或赤泥或煤矸石等工业废弃物或尾矿掺配比高，最高可达水泥原料30%以上，因此资源负荷低。

3.该水泥熟料的烧成温度在1250℃左右，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度降低150-200℃，烧成过程降低CO2排放20%左右，降低氮氧化物NOx排放40%左右，降低煤耗20%左右，降低电耗10%左右。

4.本发明的水泥熟料具有优秀的早期强度，中期强度和后期强度。水泥熟料水化后6小时抗压强度25MPa以上，1天抗压强度50MPa以上，3天抗压强度60MPa以上，28天抗压强度65MPa以上。

具体实施例

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种低碳水泥熟料的制备方法，所述的低碳水泥熟料的制备方法包括如下步骤：

步骤1：原料准备：低碳水泥熟料的制备原料包括含硅铝材料、石灰石和石膏，各原料的重量份数比为：含硅铝材料30份，石灰石60份和石膏10份；

步骤2：制备细料：按各原料重量份数混合后在生料磨中混合磨细，生料细度过80微米筛，筛余重量为原料重量的9%，制得细料；

步骤3：煅烧：将步骤2中制得的细料在高温条件下进行煅烧20min，煅烧温度为1280℃；

步骤4：冷却：将步骤3中制得的物料冷却后，即可得到低碳水泥熟料。

所述的石灰石中CaO含量为50%。

所述的含硅铝材料为低品位矾土、粉煤灰、赤泥、煤矸石中其中一种或几种的混合物，并且所述的含硅铝材料中二氧化硅含量为27.6%，三氧化二铝含量为43.1%，三氧化二铁含量为7.81%，氧化镁含量为2.32%。

所述的石膏可以是磷石膏，三氧化硫含量43%。

制得的低碳水泥熟料中各组分的含量为：β型硅酸二钙15%，硫硅酸钙12%，硅酸三钙35%，硫铝酸钙35%，灰质3%，

一种低碳水泥熟料的应用方法，所述的应用方法包括如下步骤：

步骤1：准备石膏原料、石灰石和低碳水泥熟料，并且各物料的重量份数为：石膏原料6份，石灰石8份和低碳水泥熟料100份；

步骤2：磨粉：将步骤1中的物料进行磨粉，粉磨后粒径要求比表面积400m2/kg。

所述的石膏原料为天然石膏。

制得的水泥6小时抗压强度25MPa，1天抗压强度51MPa，3天抗压强度60MPa，28天抗压强度66MPa。

实施例2

一种低碳水泥熟料的制备方法，所述的低碳水泥熟料的制备方法包括如下步骤：

步骤1：原料准备：低碳水泥熟料的制备原料包括含硅铝材料、石灰石和石膏，各原料的重量份数比为：含硅铝材料30份，石灰石59份和石膏11份；

步骤2：制备细料：按各原料重量份数混合后在生料磨中混合磨细，生料细度过80微米筛，筛余重量为原料重量的8%，制得细料；

步骤3：煅烧：将步骤2中制得的细料在高温条件下进行煅烧22min，煅烧温度为1300℃；

步骤4：冷却：将步骤3中制得的物料冷却后，即可得到低碳水泥熟料。

所述的石灰石中CaO含量为53%。

所述的含硅铝材料为低品位矾土、粉煤灰、赤泥、煤矸石中其中一种或几种的混合物，并且所述的含硅铝材料中二氧化硅含量为30%，三氧化二铝含量为35%，三氧化二铁含量为5%，氧化镁含量为3.5%。

一种低碳水泥熟料的应用方法，所述的应用方法包括如下步骤：

步骤1：准备石膏原料、石灰石和低碳水泥熟料，并且各物料的重量份数为：石膏原料5份，石灰石7份和低碳水泥熟料100份；

步骤2：磨粉：将步骤1中的物料进行磨粉，粉磨后粒径要求比表面积400m2/kg。

所述的石膏原料为天然石膏。

制备的水泥6小时抗压强度27MPa，1天抗压强度52MPa，3天抗压强度62MPa，28天抗压强度68MPa。

实施例3

一种低碳水泥熟料的制备方法，所述的低碳水泥熟料的制备方法包括如下步骤：

步骤1：原料准备：低碳水泥熟料的制备原料包括含硅铝材料、石灰石和石膏，各原料的重量份数比为：含硅铝材料26份，石灰石62份和石膏12份；

步骤2：制备细料：按各原料重量份数混合后在生料磨中混合磨细，生料细度过80微米筛，筛余重量为原料重量的7%，制得细料；

步骤3：煅烧：将步骤2中制得的细料在高温条件下进行煅烧25min，煅烧温度为1250℃；

步骤4：冷却：将步骤3中制得的物料冷却后，即可得到低碳水泥熟料。

所述的石灰石中CaO含量为51%。

所述的含硅铝材料为低品位矾土、粉煤灰、赤泥、煤矸石中其中一种或几种的混合物，并且所述的含硅铝材料中二氧化硅含量为28%，三氧化二铝含量为48%，三氧化二铁含量为9%。

一种低碳水泥熟料的应用方法，所述的应用方法包括如下步骤：

步骤1：准备石膏原料、石灰石和低碳水泥熟料，并且各物料的重量份数为：石膏原料6份，石灰石7份和低碳水泥熟料100份；

步骤2：磨粉：将步骤1中的物料进行磨粉，粉磨后粒径要求比表面积400m2/kg。

所述的石膏原料为天然石膏。

制备的水泥6小时抗压强度28MPa，1天抗压强度51MPa，3天抗压强度60MPa，28天抗压强度70MPa。

Claims (6)

1.一种低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述的低碳水泥熟料中各组分的含量为：β型硅酸二钙10-25%，硫硅酸钙5-15%，硅酸三钙15-45%，硫铝酸钙15-45%，灰质0-5%，低碳水泥熟料的制备方法包括如下步骤：

步骤1：原料准备：低碳水泥熟料的制备原料包括含硅铝材料、石灰石和石膏，各原料的重量份数比为：含硅铝材料20-35份，石灰石40-60份和石膏5-15份；

步骤2：制备细料：按各原料重量份数混合后在生料磨中混合磨细，生料细度过80微米筛，并且筛余小于10%的原料重量，制得细料；

步骤3：煅烧：将步骤2中制得的细料在高温条件下进行煅烧20-40min，煅烧温度为1200-1300℃；

步骤4：冷却：将步骤3中制得的物料冷却后，即可得到低碳水泥熟料。

2.如权利要求1所述的一种低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述的石灰石中CaO含量为45-56%。

3.如权利要求1所述的一种低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述的含硅铝材料为低品位矾土、粉煤灰、赤泥、煤矸石中其中一种或几种的混合物，并且所述的含硅铝材料中二氧化硅含量为20-60%，三氧化二铝含量为20-70%，三氧化二铁含量为0.01-10%，氧化镁含量为0.01-5%。

4.如权利要求1所述的一种低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述的石膏可以是磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、天然硬石膏和天然二水石膏中的一种或多种的混合物，要求三氧化硫含量大于40%。

5.一种低碳水泥熟料的应用方法，其特征在于：所述的应用方法包括如下步骤：

步骤1：准备石膏原料、石灰石和低碳水泥熟料，并且各物料的重量份数为：石膏原料0.01-15份，石灰石0.01-15份和低碳水泥熟料95-100份；

步骤2：磨粉：将步骤1中的物料进行磨粉，粉磨后粒径要求比表面积不小于400m2/kg。

6.如权利要求5所述的一种低碳水泥熟料的应用方法，其特征在于：所述的石膏原料为天然石膏、硬石膏或半水石膏中的任意一种。