CN106630707B

CN106630707B - 一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法

Info

Publication number: CN106630707B
Application number: CN201611091405.6A
Authority: CN
Inventors: 张德成; 徐晓磊; 周宗辉; 高为民; 赵光耀
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: CN106630707A

Abstract

本发明涉及一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于：将硅酸盐熟料、油页岩渣、石灰石、脱硫石膏和铝矾土混合均匀，经破碎粉磨制成一定细度生料，再经一定温度煅烧、冷却制得硫铝酸盐熟料，其中各原料所占质量百分数依次为硅酸盐熟料8‑18%、油页岩渣20‑40%、石灰石30‑50%、脱硫石膏5‑14%、其余为铝矾土。该发明制备的硫铝酸盐熟料不仅烧成温度低、早期性能优良、后期强度高、体积稳定性和耐久性改善，并且还具有节约能源、环境友好、成本低廉等特点，具有良好的应用前景。

Description

一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法。

背景技术

普通硅酸盐水泥熟料中两种最主要的矿物是硅酸三钙(C₃S)和硅酸二钙(C₂S)，C₃S约占50-55％，C₂S约为20-25％，生产C₃S比C₂S需要更多的氧化钙(CaO)，CaO来源于石灰石的分解，显然增加熟料中C₂S的含量，减小C₃S的含量就能够使水泥原料中的石灰石比例大幅度降低，降低二氧化碳的排放。但是仅仅将C₃S和C₂S的比例进行改变，得到的高C₂S水泥(也称高贝利特水泥)，虽然具有水化热低、需水量小、与外加剂适应性好、后期强度高等性能优点，但其早期强度明显偏低的缺点，对水泥的实际使用造成了很大的影响，很难能得到推广和应用。

硫铝酸盐水泥熟料是我国自主发明的一种特种水泥熟料，其主要矿物是无水硫铝酸钙（C₄A₃ ）和硅酸二钙(C₂S)，前者约占60-70％，后者约占20-30％，因为早期水化反应很快，这种水泥具有很高的早期强度。硫铝酸盐水泥熟料的这两种主要矿物，和硅酸三钙相比，形成时需要的氧化钙都明显降低，因此和普通硅酸盐水泥熟料相比，硫铝酸盐水泥生产中排放的二氧化碳能够降低35％。目前，由于铝矾土资源逐步枯竭，铝矾土原料品位降低导致生产出来的硫铝酸盐熟料早期强度较低，利用该早期强度较低的熟料生产出来的水泥及水泥制品的早期凝结硬化速度变慢，脱模强度降低，硫铝酸盐水泥快硬早强的特性得不到充分体现；并且硫铝酸盐水泥后期强度增加缓慢甚至倒缩，目前只能够作为特殊用途的水泥，而不能作为大宗材料使用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法。该熟料烧成方法是以硅酸盐熟料为晶种，采用油页岩渣和脱硫石膏工业固体废弃物做原料，熟料烧成温度低，成本低，获得的熟料早期强度高、凝结时间快，后期强度增加。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

将硅酸盐熟料、油页岩渣、石灰石、脱硫石膏和铝矾土混合均匀，经破碎粉磨制成一定细度生料，再经一定煅烧温度煅烧、冷却制得硫铝酸盐熟料，其中各原料所占质量百分数依次为硅酸盐熟料8-18%、油页岩渣20-40%、石灰石30-50%、脱硫石膏5-14%、其余为铝矾土；所述煅烧温度为1180-1220℃。

作为优化，所述硅酸盐熟料中C₃S的质量百分含量为50-60%；油页岩渣为油页岩燃烧后的工业废物，其中SiO₂、Al₂O₃和CaO质量百分含量分别为50-65%、12-20%和6-10%；石灰石中CaO质量百分数含量为52-58%；脱硫石膏为热电厂脱硫后的工业废渣，其中SO₃的质量百分含量为38-40%；铝矾土中Al₂O₃质量百分含量大于70%。

作为优化，所述生料粉磨至80μm方孔筛筛余为8-12%。

作为优化，所述硫铝酸盐熟料有如下重量百分比的矿物组成：30-50%C₄A₃ ，20-40%C₂S，5-10%C₃S，2-10%C₄AF，2-5%CaSO₄，余量为混杂矿物成分。

作为优化，所述硫铝酸盐熟料具有如下性能：初凝时间6-20min，终凝时间25-60min；2小时抗折强度1.5-3.0MPa，2小时抗压强度5-16MPa；1d抗折强度4.5-7MPa，1d抗压强度35-50MPa；3d抗折强度6-10MPa，3d抗压强度56-70MPa；28天抗折强度9-15MPa，28天抗压强度70-90MPa；且体积稳定性和耐久性能良好。

本发明的突出优点

相比于现有技术，本发明具有如下突出优点：

1.本发明以硅酸盐熟料为晶种，克服了硫元素抑制硅酸三钙生成的难题，克服了硅酸三钙与硫铝酸钙烧成共存温度不同的问题。

2.本发明结合硅酸盐水泥熟料和普通硫铝酸盐水泥熟料的优点，即解决了硅酸盐水泥熟料后期体积收缩和耐腐蚀性差的问题，又解决了普通硫铝酸盐水泥熟料凝结时间慢、早期强度低、后期强度倒缩等问题。

3.本发明使用的油页岩渣为油页岩燃烧后的工业废物，其中SiO₂、Al₂O₃和CaO质量百分含量分别为50-65%、12-20%和6-10%，为其在建筑材料中应用提供了理论依据。本发明使用的脱硫石膏为热电厂脱硫后的工业废渣，其中SO₃的质量百分含量为38-40%。利用油页岩渣代替部分铝矾土、脱硫石膏完全代替天然石膏来制备高附加值的硫铝酸盐熟料不仅有助于节约天然资源，降低成本，还有利用保护环境，获得较好的经济效益和社会效益，对发展我国循环经济，缓解我国矿产资源短缺等具有战略意义。

4.以硅酸盐熟料为晶种诱导，使得本发明熟料烧成温度（1180-1220℃）远远低于普通硫铝酸盐熟料的烧成温度（1350±50℃）；在充分利用废弃物的同时，降低生产成本，并有效减轻了能源的消耗以及缓解了不可再生资源的紧张局势，具有良好的经济效益和社会效益。该发明不但烧成温度低，早起性能优良，后期强度高，体积稳定性和耐久性改善。因此，该熟料具有早期性能优良、节约能源、环境友好、成本低廉等特点，具有良好的应用前景。

总的来说此发明是一种制备价格低廉性能优异的硫铝酸盐水泥的理想方法。

实施案例

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

（1）将硅酸盐熟料8%、油页岩渣20%、石灰石35%、脱硫石膏7%、铝矾土30%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

（2）将上述制备的生料在1220℃条件下煅烧，保温40分钟，冷却得到硫铝酸盐熟料。

实施例2

（1）将硅酸盐熟料11%、油页岩渣25%、石灰石32%、脱硫石膏7%、铝矾土25%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

（2）将上述制备的生料在1200℃条件下煅烧，保温40分钟，冷却得到硫铝酸盐熟料。

实施例3

（1）将硅酸盐熟料12%、油页岩渣28%、石灰石33%、脱硫石膏7%、铝矾土20%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

（2）将上述制备的生料在1180℃条件下煅烧，保温40分钟，冷却得到硫铝酸盐熟料。

实施例4

（1）将硅酸盐熟料13%、油页岩渣20%、石灰石35%、脱硫石膏7%、铝矾土25%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

实施例5

（1）将硅酸盐熟料15%、油页岩渣19%、石灰石34%、脱硫石膏7%、铝矾土25%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

实施例6

（1）将硅酸盐熟料18%、油页岩渣19%、石灰石33%、脱硫石膏7%、铝矾土23%称量混合均匀，破碎粉磨制备生料，生料细度80μm筛余为8%；

（2）将上述制备的生料经在1180℃条件下煅烧，保温40分钟，冷却得到硫铝酸盐熟料。

按照标准GB20472-2006，对实施例1-6制备的硫铝酸盐熟料进行凝结时间和力学性能测定，其测定结果见表1。

表 1实施例1-6制备的硫铝酸盐熟料进行凝结时间和力学性能

由表1数据知，实施例1-6制备的硫铝酸盐熟料的中凝结时间和力学性能远远大于标准GB20472-2006要求。该方法实施例1-6制备的硫铝酸盐熟料烧成温度为1180-1220℃，与普通硫铝酸盐熟料相比(其熟料烧成温度为1350±50℃)，该方法的熟料烧成温度大幅下降，因此熟料单位能耗小；实施例1-6所制备的硫铝酸盐熟料初凝时间小于20min，终凝时间小于50min，2h抗压强度达到9.1MPa，具有快凝快硬、早期强度高的特性，且与3d抗压强度相比，28d抗压强度都有显著增加，表明后期强度增长明显，后期抗压强度高、有保障，进而体积稳定性和耐久性能良好。

Claims

1.一种利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于：将硅酸盐熟料、油页岩渣、石灰石、脱硫石膏和铝矾土混合均匀，经破碎粉磨制成一定细度生料，再经一定煅烧温度煅烧、冷却制得硫铝酸盐熟料，其中各原料所占质量百分数依次为硅酸盐熟料8-18%、油页岩渣20-40%、石灰石30-50%、脱硫石膏5-14%、其余为铝矾土；所述煅烧温度为1180-1220℃。

2.根据权利要求1所述利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于：所述硅酸盐熟料中C₃S的质量百分含量为50-60%；油页岩渣为油页岩燃烧后的工业废物，其中SiO₂、Al₂O₃和CaO质量百分含量分别为50-65%、12-20%和6-10%；石灰石中CaO质量百分数含量为52-58%；脱硫石膏为热电厂脱硫后的工业废渣，其中SO₃的质量百分含量为38-40%；铝矾土中Al₂O₃质量百分含量大于70%。

3.根据权利要求1所述利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于：所述生料粉磨至80μm方孔筛筛余为8-12%。

4.根据权利要求1所述利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于：所述硫铝酸盐熟料有如下重量百分比的矿物组成：30-50% C₄A₃ ，20-40%C₂S，5-10%C₃S，2-10%C₄AF，2-5%CaSO₄，余量为混杂矿物成分。

5.根据权利要求1所述利用硅酸盐熟料诱导硫铝酸盐熟料烧成的方法，其特征在于，所述硫铝酸盐熟料具有如下性能：初凝时间6-20min，终凝时间25-60min；2小时抗折强度1.5-3.0MPa，2小时抗压强度5-16MPa；1d抗折强度4.5-7MPa，1d抗压强度35-50MPa；3d抗折强度6-10MPa，3d抗压强度56-70MPa；28天抗折强度9-15MPa，28天抗压强度70-90MPa；且体积稳定性和耐久性能良好。