CN107188436A - 一种绿色水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于节能环保技术领域，公开了一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料10‑25份、石膏3‑7份、硅钙渣30‑50份、冶炼渣20‑45份、锂渣3‑8份、聚合铝盐0.05‑0.15份、助磨剂0.01‑0.03份、增强剂0.05‑0.5份。本发明可有效处理工业固体废弃物，节约大量的能源和资源，减少环境污染。

Description

一种绿色水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于节能减排技术领域，具体涉及一种绿色水泥及其制备方法。
背景技术
当今世界，人类社会的每一步发展，几乎都离不开水泥，人们利用水泥建造高楼大厦、铺筑道路、架设桥梁、修建地铁等，进行着大规模的人类社会基础设施的建设活动，极大地改善了人类居住、工作和出行环境，然而在水泥的使用给人类带来极大方便的同时，也给我们的生态环境带来巨大的负面影响。据统计资料表明世界建筑业消耗资源、能源占其总消耗量的40％。从资源和能源消耗看，生产一吨硅酸盐水泥熟料平均约消耗石灰石1.3吨、黏土0.2吨、标准煤0.23吨和电75千瓦时，同时排放CO2、NOX、SOx及粉尘。
绿色水泥就是利用各种废弃物，包括各种工业废料、废渣等作为原料来制造水泥，多用工业废料，少用熟料，节约天然资源、能源的消耗，减少污染物排放。随着水泥工业清洁生产的大力推广，全社会对循环经济的高度重视，绿色水泥的发展越来越被人们认同。
硅钙渣是高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣，其主要成分为硅酸二钙，硅钙渣中碱含量为3％-8％，这为硅钙渣的资源化处理带来了极大的不便。锂渣是锂辉石硫酸法生产碳酸锂等锂盐后产生的工业废渣，每生产1t碳酸锂，要产生8-10t的锂渣。这些废渣的堆置不仅会占用大量土地，还会造成扬尘、污染地下水资源等，对环境造成二次污染。
发明内容
本发明针对上述问题，公开了一种绿色水泥，可以有效解决工业废渣堆存对环境的污染，还可以减少因水泥熟料生产带来的资源和能源消耗以及污染物的排放。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料10-25份、石膏3-7份、硅钙渣30-50份、冶炼渣20-45份、锂渣3-8份、聚合铝盐0.05-0.15份、助磨剂0.01-0.03份、增强剂0.05-0.5份。
所述熟料为硅酸盐水泥熟料。
所述石膏为天然石膏、脱硫石膏中的一种或两种。
所述硅钙渣为高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣。
优选的，所述硅钙渣为预脱硅碱-石灰烧结法从高铝粉煤灰中提取氧化铝后产生的废渣。
所述冶炼渣为金属冶炼过程中产生的废渣。
优选的，所述冶炼渣为钢渣、粒化高炉矿渣、镍铁渣中的一种。
所述锂渣是利用锂辉石经过1200℃高温煅烧后用硫酸法生产碳酸锂过程中，碳酸锂熟料经浸出、过滤、洗涤产生的副产品。
所述聚合铝盐为聚合氯化铝或聚合硫酸铝。
优选的，所述聚合铝盐为聚合硫酸铝。
所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺或醋酸丁酯。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠组成。
优选的，所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比4-8:1组成。
更优选的，所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比6:1组成。
一种绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积在330-360m2/kg之间，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应1-3天后，在120-200℃范围煅烧0.5-1h后冷却至常温，用球磨机粉磨5-10min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝盐、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
本发明中，熟料能提高体系碱度，腐蚀废渣表面玻璃体，加速废渣的水化反应，同时熟料还起到晶种的作用，在增加水化产物的同时，能诱发体系内水化速率加快。硅钙渣的主要成分C2S是一种水化后可产生胶凝性的物质，且硅钙渣中含有一定量的碱金属氧化物，使硅钙渣可以作为碱激发剂激发其它混合材料，产生胶凝活性，Ca的硅酸盐在碱性体系中还可以水化产生Ca(OH)2与周围的硅酸盐凝胶黏结在一起形成多相凝结核，加速浆体的凝结。聚合铝盐中存在着大量的Al-O-Al键，在碱性环境下，Al-O-Al键发生断裂，在水泥浆体中提供了大量的Al-O键，可与SO42-及Ca2+离子结合生成钙矾石，加速水化反应。由于锂渣产生与经酸化、浸滤、洗涤而提取锂盐后而排出的废渣，因此废渣中含有一定的残留酸等酸性物质。锂渣和钙硅渣复合，可以中和掉一部分钙硅渣中的碱性物质，降低水泥碱度，改善水泥因为碱度高而出现的碱骨料反应风险以及需水量高、坍落度损失大等问题。氯化磷酸三钠可与体系中的Ca2+离子形成结晶，加速Ca2+的溶出，促进强度发展。N-甲基二乙醇胺和醋酸丁酯对颗粒均有较好的分散效果，可以提高粉磨效率。
本发明的有益效果是：
(1)本发明用钙硅渣、锂渣直接作为混合材生产绿色水泥，避免二次处理造成的人力、物力消耗，工艺简单。
(2)本发明可有效处理工业固体废弃物，节约了大量的能源和资源，减少了环境污染，为硅铝渣和冶炼渣的综合利用开辟了一条有效途径。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料10份、石膏7份、硅钙渣30份、冶炼渣45份、锂渣3份、聚合铝盐0.15份、助磨剂0.01份、增强剂0.5份。
所述熟料为硅酸盐水泥熟料。
所述石膏为天然石膏。
所述硅钙渣为高铝粉煤灰烧结法提取氧化铝后的残渣。
所述冶炼渣为钢渣。
所述锂渣是利用锂辉石经过1200℃高温煅烧后用硫酸法生产碳酸锂过程中，碳酸锂熟料经浸出、过滤、洗涤产生的副产品。
所述聚合铝盐为聚合硫酸铝。
所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比4:1组成。
一种绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、天然石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积3302/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应1天后，200℃煅烧0.5h后冷却至常温，用球磨机粉磨10min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
实施例2
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料25份、石膏3份、硅钙渣50份、冶炼渣20份、锂渣8份、聚合铝盐0.05份、助磨剂0.03份、增强剂0.05份。
所述石膏为脱硫石膏。
所述硅钙渣为预脱硅碱-石灰烧结法从高铝粉煤灰中提取氧化铝后产生的废渣。
所述冶炼渣为粒化高炉矿渣。
所述聚合铝盐指聚合氯化铝。
所述助磨剂为醋酸丁酯。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比8:1组成。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、脱硫石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积360m2/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应3天后，120℃煅烧1h后冷却至常温，用球磨机粉磨5min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
实施例3
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料20份、石膏5份、硅钙渣40份、冶炼渣30份、锂渣6份、聚合铝盐0.1份、助磨剂0.02份、增强剂0.3份。
所述石膏由天然石膏和脱硫石膏按重量比2:1组成。
所述硅钙渣为预脱硅碱-石灰烧结法从高铝粉煤灰中提取氧化铝后产生的废渣。
所述冶炼渣为镍铁渣。
所述聚合铝盐为聚合硫酸铝。
所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺、。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比6:1组成。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积350m2/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应2天后，160℃煅烧0.8h后冷却至常温，用球磨机粉磨8min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
实施例4
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料15份、石膏5份、硅钙渣45份、冶炼渣30份、锂渣7份、聚合铝盐0.09份、助磨剂0.018份、增强剂0.25份。
所述石膏为脱硫石膏。
所述冶炼渣为镍铁渣。
所述聚合铝盐为聚合氯化铝。
所述助磨剂为醋酸丁酯。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比1:1组成。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、脱硫石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积350m2/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应1.5天后，160℃煅烧0.9h后冷却至常温，用球磨机粉磨7min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
实施例5
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料16份、石膏4份、硅钙渣48份、冶炼渣23份、锂渣5份、聚合铝盐0.12份、助磨剂0.02份、增强剂0.15份。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、天然石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积在330-360m2/kg之间，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应1-3天后，在120-200℃范围煅烧0.5-1h后冷却至常温，用球磨机粉磨5-10min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
对比例1
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料20份、石膏5份、硅钙渣40份、冶炼渣30份、锂渣6份、助磨剂0.02份、增强剂0.3份。
所述石膏由天然石膏和脱硫石膏按重量比2:1组成。
所述硅钙渣为预脱硅碱-石灰烧结法从高铝粉煤灰中提取氧化铝后产生的废渣。
所述冶炼渣为镍铁渣。
所述聚合铝盐为聚合硫酸铝。
所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺、。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比6:1组成。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积350m2/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应2天后，160℃煅烧0.8h后冷却至常温，用球磨机粉磨8min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
对比例2
一种绿色水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料20份、石膏5份、硅钙渣40份、冶炼渣30份、锂渣6份、聚合铝盐0.1份、助磨剂0.02份。
所述石膏由天然石膏和脱硫石膏按重量比2:1组成。
所述硅钙渣为预脱硅碱-石灰烧结法从高铝粉煤灰中提取氧化铝后产生的废渣。
所述冶炼渣为镍铁渣。
所述聚合铝盐为聚合硫酸铝。
所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺、。
所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比6:1组成。
上述绿色水泥的制造方法，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积350m2/kg，得粉体1。
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应2天后，160℃煅烧0.8h后冷却至常温，用球磨机粉磨8min，得粉体2。
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
性能测试
将实施例1-5及对比例1-2的水泥按GB/T 1346-2001的方法测定标准稠度用水量、凝结时间、安定性；按GBT17671-1999测定胶砂强度；结果见表1。
表1性能测试结果
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种绿色水泥，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：熟料10-25份、石膏3-7份、硅钙渣30-50份、冶炼渣20-45份、锂渣3-8份、聚合铝盐0.05-0.15份、助磨剂0.01-0.03份、增强剂0.05-0.5份。
2.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述石膏为天然石膏、脱硫石膏中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述冶炼渣为钢渣、粒化高炉矿渣、镍铁渣中的一种。
4.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述聚合铝盐为聚合氯化铝或聚合硫酸铝。
5.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述助磨剂为N-甲基二乙醇胺或醋酸丁酯。
6.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠组成。
7.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比4-8:1组成。
8.根据权利要求1所述的绿色水泥，其特征在于，所述增强剂由亚硝酸钠和氯化磷酸三钠按照重量比6:1组成。
9.一种权利要求1-9所述的绿色水泥的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配合比将熟料、石膏、冶炼渣和助磨剂混合，用球磨机粉磨至比表面积在330-360m2/kg之间，得粉体1；
(2)按配合比将硅钙渣和锂渣混合均匀，陈化反应1-3天后，在120-200℃范围煅烧0.5-1h后冷却至常温，用球磨机粉磨5-10min，得粉体2；
(3)将粉体1、粉体2、聚合铝盐、增强剂用混料机混合均匀，即得所述绿色水泥。
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