CN106698982B - 一种水泥熟料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于水泥熟料制备领域，具体涉及一种水泥熟料及其制备方法与应用。所述的水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：石灰石60～80份；珍珠岩10～15份；粘土10～15份；钢渣5～10份；锂渣5～8份；铬渣5～8份；粉煤灰3～5份。上述原料组分经破碎、粉磨、混合均匀、煅烧，得到水泥熟料；水泥熟料与石膏混合，粉磨，得到水泥。本发明在传统水泥熟料原料的基础上，添加钢渣、锂渣、铬渣、粉煤灰和珍珠岩，起到了掺加晶种、改善水泥生料的易烧性和水泥熟料的易磨性、缩短熟料形成时间和凝结时间等作用，制得的水泥熟料和水泥具有水化热低、保水性好、保温抗冻性强、强度高等特点。

Description

一种水泥熟料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于水泥熟料制备领域，具体涉及一种水泥熟料及其制备方法与应用。

背景技术

水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。水泥工业是国民经济发展、生产建设和人民生活不可缺少的基础原材料工业。随着我国经济的发展，水泥产业已达到相当大的规模。2015年全球水泥产量为41亿吨，而2015年中国水泥产量为23.5亿吨，占世界水泥总产量的57％以上。随着我国社会主义新农村建设、城市现代化建设、高速公路和铁路工程、水利水电工程、西部大开发战略、海洋开发战略的实施，我国仍将建设大量的住宅和各种公共基础设施，意味着在未来相当长的一段时期内，水泥仍将是国民经济建设与人类社会发展最主要的物质基础。但水泥的生产消耗了大量的自然资源，给人类生态环境带来了十分沉重的负担。同时随着水泥行业结构调整的深入，新型干法水泥生产线在行业中的比重越来越大，水泥生产的能力迅速增加，水泥企业竞争也日益激烈。如何降低生产成本、提高市场占有率、稳定提高经济效益已成为水泥企业的核心问题。

水泥的生态化一直是人们追求的目标，其内容大致可归纳为：(1)环境友好，生产过程中的利废，低排放，少占用矿物资源与能源及循环利用等；(2)人际友好，在役周期对人居环境无害甚至保健；(3)功能友好，利于混凝土配制，适应混凝土施工性能、力学性能和耐久性能要求。利用工业废渣是水泥生产生态化的重要内容，也是上述3方面的结合点。利用工业废渣生产水泥不仅可以减少水泥企业对资源的消耗、降低环境污染、而且可以大大降低水泥生产成本，无疑会对建材行业的发展起到巨大的推动作用，给企业和社会带来可观的经济效益和社会效益。

近年来，随着国家对不可再生资源的控制和对工业废渣的利用等众多政策的出台，许多水泥生产企业都在资源综合利用方面进行了尝试和探索，并取得了一定的成效。然而，从现有利用工业废渣生产的公开技术中不难看到主要存在以下不足：水泥质量不稳定，强度低，不能满足大型建筑工程使用。虽然大多数用于水泥生产的废渣具有一定的胶凝活性或潜在胶凝活性，但其活性却远低于水泥熟料的，导致复合水泥的性能较差。特别是当废渣掺量较高时，复合水泥的早期强度大幅度下降。某些废渣(特别是钢渣)中含有较多的f-CaO、f-MgO，容易造成复合水泥的安定性不良。此外，碳或硫含量较高的废渣(例如高碳粉煤灰、脱硫灰渣等)也能造成水泥安定性不良。

发明内容

为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种水泥熟料。

本发明的另一目的在于提供上述水泥熟料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述水泥熟料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：

所述的水泥熟料，优选由如下按质量份计的原料组分制备得到：

所述的水泥熟料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述水泥熟料的原料组分石灰石、珍珠岩、粘土、钢渣、锂渣、铬渣和粉煤灰分别破碎、粉磨、混合均匀，得到水泥生料；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料进行煅烧，得到水泥熟料；

步骤(1)中所述的水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余量为5～10％；

步骤(2)中所述的煅烧的条件优选为1200～1350℃煅烧30～60min；

步骤(2)中所述的煅烧的条件进一步优选为1250℃煅烧40min；

一种水泥，包含上述水泥熟料；

所述的水泥的制备方法，包含如下步骤：

将上述水泥熟料与石膏混合，粉磨，得到水泥；

所述的石膏的用量优选为水泥总质量的2.5～4.5％；

所述的石膏的用量进一步优选为水泥总质量的3.5％；

所述的水泥平均粒径为75～100μm且控制粒径大于80μm的粉末颗粒不超过10％；

所述的水泥熟料和水泥在建筑领域中的应用；

本发明的原理：本发明采用多种工业废渣与石灰石、粘土和珍珠岩复合使用，使得制得的水泥熟料和水泥具有良好的综合性能。具体如下：

钢渣的主要成分为CaO、FeO、Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃，这些成分是构成水泥的主要组成。本发明在水泥生料中掺入钢渣，起到了掺加晶种、改善水泥生料的易烧性、缩短熟料形成时间等作用，可降低吨熟料热耗，同时减少因煅烧石灰石而产生的CO₂排放。对于硅酸盐熟料中铝酸盐矿物含量多、硅酸盐矿物含量少的问题，以钢渣代替铁粉作铁质校正原料，钢渣中铁铝比值较大，更便于调节生料IM值，配制硅酸率较高的熟料。

锂渣的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，其中，SiO₂、Al₂O₃绝大多数以无定形的SiO₂、Al₂O₃形式存在，具有较高的火山灰活性以及较强的吸附性和粘结性。本发明以锂渣作为水泥生料配料的原料，可代替部分粘土，生料易烧性得到显著改善，且锂渣中含有Li₂CO₃，可增加生料的反应活性，制得的水泥具有水化热低、保水性好、抗冻性强、强度高等特点。

铬渣的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃等，本发明在生料中引入铬渣，起到了掺加晶种、改善水泥生料的易烧性和水泥熟料的易磨性、缩短水泥熟料凝结时间等作用。第二，铬渣中含有低熔点化合物，在水泥生料煅烧时，可明显促进氧化钙同硅、铝、铁生成硅酸钙、铬酸钙、铁铝酸钙的反应；此外，铬渣中的Cr₂O₃对硅酸二钙吸收游离CaO起到催化作用，使得硅酸三钙生成量提高，熟料中游离的CaO含量大大减少。

粉煤灰的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等，本发明在生料中引入粉煤灰，一方面可代替部分粘土，更重要是，可降低水泥熟料的热耗，TiO₂的掺杂，可提高反应活性，降低熟料中游离的CaO含量。

珍珠岩的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、K₂O、Na₂O、MgO等，本发明以珍珠岩作为水泥生料配料的原料，可代替部分粘土，使得制得的水泥具有良好的保温、抗冻性能，此外，珍珠岩碱金属含量高，可降低液相出现温度。

此外，相对于传统水泥熟料的主要原料石灰石和粘土、铁质原料，本发明中的原料组分钢渣、锂渣、铬渣、粉煤灰和珍珠岩中富含多种杂质离子和离子团，本发明特定掺量范围内，可对水泥熟料烧成过程中的液相或中间矿物产生影响，促进熟料形成，或在熟料最终矿物中固溶，引起熟料矿物晶格畸变，提高熟料活性。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明在传统水泥熟料原料的基础上，添加钢渣、锂渣、铬渣、粉煤灰和珍珠岩，起到了掺加晶种、改善水泥生料的易烧性和水泥熟料的易磨性、缩短熟料形成时间和凝结时间等作用，可降低吨熟料热耗，同时减少因煅烧石灰石而产生的CO₂排放。

(2)本发明在传统水泥熟料的基础上，添加钢渣、锂渣、铬渣、粉煤灰和珍珠岩，引入多种杂质离子和离子团，并控制在特定掺量范围内，可对水泥熟料烧成过程中的液相或中间矿物产生影响，促进熟料形成，或在熟料最终矿物中固溶，引起熟料矿物晶格畸变，提高熟料活性。

(3)本发明制得的水泥熟料和水泥具有水化热低、保水性好、保温抗冻性强、强度高等特点。

(4)本发明科学的原料配比和工艺参数控制克服了工业废渣品位低、质量差的缺陷，变废为宝，节能减排，节省了水泥生产所用的天然优良的矿产资源，实现了劣质原料生产高品质熟料的目标。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中，钢渣购自马鞍山钢铁厂；锂渣购自江西赣锋锂业有限公司；铬渣采自广东省某化工厂铬盐车间；粉煤灰购自广西南宁电厂；

实施例1

一种水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：

上述水泥熟料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述水泥熟料的原料组分70质量份的石灰石、12质量份的珍珠岩、12质量份的粘土、8质量份的钢渣、6质量份的锂渣、6份质量份的铬渣和4质量份的粉煤灰分别破碎、粉磨、在生料均化库中混合均匀，得到水泥生料，其中，水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余为6％；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料1250℃煅烧40min，得到水泥熟料。

一种水泥的制备方法，包含如下步骤：

将上述水泥熟料与石膏混合，粉磨至粉末平均粒径为75～85μm且控制粒径大于80μm的粉末颗粒不超过10％，得到水泥，其中，石膏的用量为水泥总质量的3.5％。

实施例2

一种水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：

上述水泥熟料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述水泥熟料的原料组分80质量份的石灰石、10质量份的珍珠岩、15质量份的粘土、10质量份的钢渣、5质量份的锂渣、5份质量份的铬渣和3质量份的粉煤灰分别破碎、粉磨、在生料均化库中混合均匀，得到水泥生料，其中，水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余量为10％；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料1200℃煅烧60min，得到水泥熟料。

一种水泥的制备方法，包含如下步骤：

将上述水泥熟料与石膏混合，粉磨至粉末平均粒径为85～100μm且控制粒径大于80μm的粉末颗粒不超过10％，得到水泥，其中，石膏的用量为水泥总质量的2.5％。

实施例3

一种水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：

上述水泥熟料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述水泥熟料的原料组分60质量份的石灰石、15质量份的珍珠岩、10质量份的粘土、5质量份的钢渣、8质量份的锂渣、8份质量份的铬渣和5质量份的粉煤灰分别破碎、粉磨、在生料均化库中混合均匀，得到水泥生料，其中，水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余量为5％；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料1350℃煅烧30min，得到水泥熟料。

一种水泥的制备方法，包含如下步骤：

将上述水泥熟料与石膏混合，粉磨至粉末平均粒径为80～90μm且控制粒径大于80μm的粉末颗粒不超过10％，得到水泥，其中，石膏的用量为水泥总质量的4.5％。

对比实施例

一种水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：

上述水泥熟料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述水泥熟料的原料组分70质量份的石灰石、28质量份的粘土、8质量份的钢渣和4质量份的粉煤灰分别破碎、粉磨、在生料均化库中混合均匀，得到水泥生料，其中，水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余量为6％；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料1250℃煅烧40min，得到水泥熟料。

一种水泥的制备方法，包含如下步骤：

将上述水泥熟料与石膏混合，粉磨至粉末平均粒径为75～85μm且控制粒径大于80μm的粉末颗粒不超过10％，得到水泥，其中，石膏的用量为水泥总质量的3.5％。

效果实施例

(1)采用甘油-酒精法测定实施例1～3以及对比实施例制得的水泥熟料中f-CaO含量(肖祈春.铅锌尾矿制备水泥熟料及其重金属固化特性研究[D].中南大学,2014.)：以硝酸锶为催化剂，酚酞为指示剂，使样品与甘油无水乙醇溶液在160～170℃下作用生成甘油钙，以用苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液滴定。根据滴定时消耗苯甲酸无水乙醇标准滴定溶液的体积计算水泥熟料中f-CaO含量。结果见表1：

表1实施例1～3以及对比实施例制得的水泥熟料中f-CaO含量分析

	实施例1	实施例2	实施例3	对比实施例
					f-CaO含量(％)	0.069	0.092	0.080	3.23

(2)按GB/T 1346-2011标准测定实施例1～3以及对比实施例制得的水泥的凝结时间；按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)法》分析制备水泥试块，养护至3天、28天龄期，测试水泥的强度性能。结果见表2。

如表2所示，与对比实施例1相比，，实施例1～3制得的水泥凝结时间明显缩短，抗折抗压强度强。

表2实施例1～3以及对比实施例制得的水泥的凝结时间和强度性能

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥熟料，其特征在于由如下按质量份计的原料组分制备得到：

2.根据权利要求1所述的水泥熟料，其特征在于由如下按质量份计的原料组分制备得到：

3.权利要求1或2所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)将权利要求1或2所述的水泥熟料的原料组分石灰石、珍珠岩、粘土、钢渣、锂渣、铬渣和粉煤灰分别破碎、粉磨、混合均匀，得到水泥生料；

(2)将步骤(1)制得的水泥生料进行煅烧，得到水泥熟料。

4.根据权利要求3所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于：

步骤(1)中所述的水泥生料的细度为80μm方孔筛的筛余量为5～10％。

5.根据权利要求3所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于：

步骤(2)中所述的煅烧的条件为1200～1350℃煅烧30～60min。

6.根据权利要求5所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于：

步骤(2)中所述的煅烧的条件为1250℃煅烧40min。

7.一种水泥，其特征在于包含权利要求1或2所述的水泥熟料。

8.权利要求7所述的水泥的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

将权利要求1或2所述的水泥熟料与石膏混合，粉磨，得到水泥。

9.根据权利要求8所述的水泥的制备方法，其特征在于：

所述的石膏的用量为水泥总质量的2.5～4.5％。

10.权利要求1或2所述的水泥熟料在建筑领域中的应用。