CN107804982A - 一种工业废渣低碱水泥及其制备方法 - Google Patents

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史彦勇
刘延财
王奋中
陈鹏
朱先均
尤文军
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张明
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Abstract

本发明公开了一种工业废渣低碱水泥及其制备方法，包括低碱熟料73～90份；脱硫石膏2～5份；矿渣5～25份；其中：低碱熟料由71～78％电石渣干粉、2～11％钢渣、11～14％硅石、4～10％铝矾土经烘干、粉磨并煅烧制得，再将73～90份低碱熟料与2～5份脱硫石膏和5～25矿渣掺和进行水泥制备。本发明工业废渣低碱水泥经电石渣烘干、生料制备、熟料煅烧和水泥制备工艺步骤制得。该方法制备的工业废渣油井水泥具有较好的比表面积，同时具备优异的抗压强度和抗折强度，且碱含量低，水泥质量稳定；且该方法降低了工业废渣处置，减少了环境污染，节能环保，成本低。

Description

一种工业废渣低碱水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机胶凝材料技术领域，具体涉及一种工业废渣低碱水泥及其制备方法。
背景技术
我国大规模基础设施建设和城镇化发展对水泥的巨大需求仍将持续多年，特别是在铁路工程、高速路、桥梁工程，水库大坝、地铁、机场、码头建设等重大工程上对低碱水泥的需求量将大幅增加。预计在未来数十上百年内水泥仍将是不可替代的基础材料。但是水泥的生产要消耗大量不可再生的矿产资源，每生产1吨水泥熟料需要2-3吨生料原料，目前每年约消耗干粘土2亿吨。
低碱水泥是指水泥中氧化钾、氧化钠的含量以等当量氧化钠计不超过0.6％的水泥。使用低碱水泥是预防混凝土中碱集料反应的主要途径之一。采用低碱水泥能够有效地避免水泥硅体的开裂和崩塌。碱集料反应指的是水泥中的碱(Na2O,K2O等)与集料(即混凝土的沙,石等)中的某些有害化学成份发生化学反应、形成碱的硅酸盐凝胶,体积增大10倍、产生膨胀应力、从而导致混凝土开裂和破坏。
低碱水泥的生产主要通过两种途径:一是旁路放风，将水泥窑中内循环的碱，在其没有凝聚前通过旁路放风排出窑外，减少窑内的碱含量。但旁路防风法需另外添置设备，且熟料热耗高，收集下来的富含碱、氯、硫的物料难以处理。二是选用低碱的原料，也就是需要使用低碱孰料、低碱石膏和低碱矿物掺合料。低碱孰料又必须是用低碱石灰石和其它低碱原材料生产。
然而传统生产低碱水泥所采用的石灰石、粘土、砂岩、铁矿石等低碱原料毕竟资源有限，且分布不均，造成一些水泥企业根本无法生产出合格的低碱水泥或者需要通过增加投入来实现，生产能耗较高，成本较高，不仅浪费了大量的天然资源和能源，而且排放大量CO2及其它有害气体，污染环境严重。
钢渣作为炼钢排出的废渣，已有用于生产水泥的报道；而电石渣作为电石法乙炔产生的大宗工业废渣，且分布比较集中，目前正常情况下的处理方式为生产水泥，但用于生产低碱水泥比较少见；铝矾土主要成分是氧化铝，多用于炼铝，制耐火材料，用于水泥生产是比较好的铝质矫正材料。
目前人类对自身生存环境的要求越来越高，生态文明建设也愈演愈烈。利用工业废渣生产低碱水泥不仅符合保护环境、降低污染的环保理念，而且具有变废为宝、降低工业废渣处置和生产成本的积极社会效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种工业废渣低碱水泥及其制备方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种工业废渣低碱水泥，包括下述质量分数的原料：
低碱熟料 73～90份；
脱硫石膏 2～5份；
矿渣 5～25份；
低碱熟料由干基为71～78％电石渣干粉、2～11％钢渣、11～14％硅石、4～10％铝矾土经烘干、粉磨并煅烧制得。
本发明进而给出了一种工业废渣低碱水泥的制备方法，包括以下步骤：
①电石渣烘干：湿电石渣通过烘干制成电石渣干粉，进入储库储存；
②生料制备：将低碱熟料原料按照干基质量分数为71～78％的电石渣干粉、2～11％的钢渣、11～14％的硅石和4～10％的铝矾土，通过计量、输送，进入生料粉磨系统进行粉磨，合格的生料进入均化库内储存、均化；
③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成低碱熟料；
④水泥制备：在步骤③烧成的低碱熟料中按照质量比为低碱熟料(73～90)：(2～5)：(5～25)的比例外掺脱硫石膏和矿渣，再进行水泥磨粉即得到工业废渣油井水泥。
优选的，所述步骤①中，湿电石渣水分在4～40％，电石渣干粉水分＜2％；利用窑尾废气，采用烘干锤式破碎机或干燥管进行换热、烘干。
优选的，所述步骤②中，生料中碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.3％。
优选的，所述步骤③中，低碱熟料煅烧采用新型干法水泥生产工艺，燃料采用原煤，低位发热量≥5500Kcal，煤粉细度≤10％，煤灰掺加量按2％配料。
优选的，所制备的低碱熟料碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.4％。
优选的，低碱熟料采用以下质量控制指标控制三率值：石灰饱和系数KH＝0.85～0.96，硅酸率SM＝2.0～2.8，铝氧率IM＝0.8～2.5；
其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2；
硅酸率：SM＝SiO2/(Al2O3+Fe2O3)；
铝氧率：IM＝Al2O3/Fe2O3。
优选的，所述步骤④中，所制得的低碱水泥碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.58％。
优选的，所产低碱水泥比表面积在312～347m2/Kg，碱含量小于0.37％，28天抗折强度在常压条件下不小于7.7MPa，28天抗压强度在常压条件下不小于52.6MPa。
本发明的有益效果在于：
本发明的工业废渣低碱水泥采用大量电石渣和钢渣的工业废渣，实现了电石渣100％替代石灰石生产低碱水泥，节省了大量资源；电石渣主要成分为氢氧化钙，煅烧不产生CO2，且易于煅烧，能耗低，生产成本较低，避免了造成资源浪费和环境污染，低碳环保；所生产的熟料及水泥强度高，质量稳定，达到最佳效果。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
本发明一种工业废渣低碱水泥的制备方法，包括以下步骤：
①电石渣烘干：利用窑尾废气，将湿电石渣水分在4％～40％，采用烘干锤式破碎机或干燥管进行换热、烘干制成电石渣干粉，电石渣干粉水分＜2％；进入储库储存。
②生料制备：将低碱熟料原料按照质量分数为71～78％的电石渣干粉、2％～11％的钢渣、11％～14％的硅石和4％～10％的铝矾土，通过计量、输送，其中，生料中碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.3％。
③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成低碱熟料；
采用以下质量控制指标控制三率值：石灰饱和系数KH＝0.85～0.96，硅酸率SM＝2.0～2.8，铝氧率IM＝0.8～2.5；
其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2；
硅酸率：SM＝SiO2/(Al2O3+Fe2O3)；
铝氧率：IM＝Al2O3/Fe2O3。
所制备的低碱熟料碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.4％。
④水泥制备：在步骤③烧成的低碱熟料中按照质量比为低碱熟料(73～90)：(2～5)：(5～25)的比例外掺脱硫石膏和矿渣，再进行水泥磨粉即得到工业废渣油井水泥。所制得的低碱水泥碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.58％。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1:
将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣71％、钢渣11％、硅石14％、铝矾土4％。
将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。
在烧成的质量比为73份的熟料中外掺质量比为2份的脱硫石膏和25份矿渣，进行水泥磨粉而制成水泥。
实施例2:
将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣76％、钢渣3％、硅石11％、铝矾土10％。
将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。
在烧成的质量比为90份的熟料中外掺质量比为5份的脱硫石膏和5份矿渣，进行水泥磨粉而制成水泥。
实施例3:
将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣78％、钢渣2％、硅石12％、铝矾土8％。
将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。
在烧成的质量比为85份的熟料中外掺质量比为4份的脱硫石膏和11份矿渣，进行水泥磨粉而制成水泥。
各实施例所制取的低碱水泥，依据GB175-2007进行分析，数据如下表所示：
从上述表1可以看出，本发明制备的工业废渣低碱水泥，其比表面积不小于312m2/Kg，在规定的水灰比情况下，28天抗折强度在常压条件下不小于7.7MPa，28天抗压强度在常压条件下不小于52.6MPa。本发明所制备的工业废渣低碱水泥不仅具有较好的比表面积，同时具备优异的抗折强度和抗压强度特性，是一种加工性能良好的工业废渣低碱水泥。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种工业废渣低碱水泥，其特征在于，包括下述质量分数的原料：
低碱熟料 73～90份；
脱硫石膏 2～5份；
矿渣 5～25份；
低碱熟料由71～78％电石渣干粉、2～11％钢渣、11～14％硅石、4～10％铝矾土经烘干、粉磨并煅烧制得。
2.一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①电石渣烘干：湿电石渣通过烘干制成电石渣干粉，进入储库储存；
②生料制备：将低碱熟料原料按照干基质量分数为71～78％的电石渣干粉、2～11％的钢渣、11～14％的硅石和4～10％的铝矾土，通过计量、输送，进入生料粉磨系统进行粉磨，合格的生料进入均化库内储存、均化；
③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成低碱熟料；
④水泥制备：在步骤③烧成的低碱熟料中按照质量比为低碱熟料(73～90)：(2～5)：(5～25)的比例外掺脱硫石膏和矿渣，再进行水泥磨粉即得到工业废渣低碱水泥。
3.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤①中，湿电石渣水分在4～40％，电石渣干粉水分＜2％；利用窑尾废气，采用烘干锤式破碎机或干燥管进行换热、烘干。
4.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤②中，生料中碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.3％。
5.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤③中，低碱熟料煅烧采用新型干法水泥生产工艺，燃料采用原煤，低位发热量≥5500Kcal，煤粉细度≤10％，煤灰掺加量按2％配料。
6.根据权利要求1所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所制备的低碱熟料碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.4％。
7.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，低碱熟料采用以下质量控制指标控制三率值：石灰饱和系数KH＝0.85～0.96，硅酸率SM＝2.0～2.8，铝氧率IM＝0.8～2.5；
其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2；
硅酸率：SM＝SiO2/(Al2O3+Fe2O3)；
铝氧率：IM＝Al2O3/Fe2O3。
8.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤④中，所制得的低碱水泥碱含量(Na2O+0.658K2O)＜0.58％。
9.根据权利要求2所述的一种工业废渣低碱水泥的制备方法，其特征在于，所产低碱水泥比表面积在312～347m2/Kg，碱含量小于0.37％，28天抗折强度在常压条件下不小于7.7MPa，28天抗压强度在常压条件下不小于52.6MPa。
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