CN108249791B - 一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥材料领域，具体涉及一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，由硫酸钠、硅铝氧化物和含单质碳原料三种原料混合粉磨后分步煅烧并速冷得到煅烧料，将煅烧料与硅酸盐水泥熟料石膏一起粉磨制得少熟料水泥。本发明制备的水泥具有廉价、低耗、低碳排放和利废等特点，具有广阔的发展前景。

Description

一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法
技术领域
本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法。
背景技术
我国是世界水泥产量最高的国家，所生产水泥绝大部分是硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料煅烧温度达1450℃，能耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，且消耗大量的优质石灰岩资源。在寻求到更环境友好且性价比更高的新水泥品种以前，科学家希望通过减少硅酸盐水泥熟料用量的方法来缓解上述问题。专利CN105502973A用工业碱煅烧硅铝氧化物，然后将冷却的煅烧料与硅酸盐水泥熟料及石膏一起粉磨制得少熟料水泥。该水泥的熟料掺量明显低于同标号的硅酸盐水泥，但其用到的掺和料需要在硅铝氧化物中加工业碱煅烧制得。工业碱（烧碱或纯碱）价格昂贵，使其制备成本仍然偏高。只有以廉价原料提供Na2O组份制备含碱金属的水泥，才能大幅度降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，该方法采用的含氧化钠的原料为廉价的硫酸钠，可降低水泥的制备成本，并具有碳排放低、能耗低和污染排放少的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，包括如下顺序的步骤：
（1）准备三种原料：硫酸钠、硅铝氧化物和含单质碳原料；其中，硫酸钠指在其1000℃煅烧后的剩余质量中，Na2SO4>85%的原料；硅铝氧化物指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且SiO2+ Al2O3>80%；
（2）将干燥的硫酸钠、含单质碳原料和硅铝氧化物三种原料混匀，并磨细至全过100目筛的细度；其中硫酸钠的加量按其所含Na2SO4与硅铝氧化物的质量比为4.0~25.0%确定，含单质碳原料的加量按其中所含单质碳为Na2SO4质量的5.0%~20.0%确定；
（3）将步骤（2）所得的混合粉体加热至850~950℃保温2~3小时，再迅速升温至1050~1150℃保温2~3小时，然后在空气中速冷至室温得到煅烧料；
（4）在煅烧料中加入硅酸盐水泥熟料和石膏，混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得水泥；硅酸盐水泥熟料的质量占比为20%~60%，石膏的加量需满足按等当量CaSO4·2H2O的质量≥硅酸盐水泥熟料的3%且≤煅烧料的50%确定。
作为优选，所述的含单质碳原料指以单质碳为主要化学组成的原料，包括木炭、石墨、炭黑或无烟煤及其任意多种的混合物，优选为无烟煤。
作为优选，所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和 CaSO4·2H2O中的一种或多种的混合物，包括天然二水石膏、天然硬石膏、天然混合石膏、建筑石膏、煅烧无水石膏或各种工业废石膏。
本发明的有益效果：
（1）本发明创新了一种激发硅铝氧化物胶凝活性的方法，所采用的含氧化钠的原料为廉价的硫酸钠，降低了水泥的制备成本；
（2）本发明提供了一种制备少熟料水泥的新方法，其原料煅烧时排出的硫氧化物可用常见的石灰脱硫法脱除，生成的废石膏可作为本水泥的掺和料使用，故与主流的硅酸盐水泥相比，碳排放低、能耗低和污染排放少。
（3）由于多数工业固体废物为硅铝氧化物，可利用该方法处理固体废物，将后者转化成有用的建筑材料而消化掉。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。
实施例中牵涉到的硅铝氧化物有5种天然岩石、一种煤矸石和一种矿山尾矿，它们的化学成分满足其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且SiO2+Al2O3>80%（见表1）；所用硫酸钠为工业无水硫酸钠，其中Na2SO4的含量≥98.5%；所用含单质碳的原料为含90%单质碳（质量比）的无烟煤；用到的石膏包括天然二水石膏、脱硫石膏、建筑石膏、硬石膏和煅烧石膏等五种，其中天然二水石膏和脱硫石膏均含90%的CaSO4·2H2O，建筑石膏含90%的CaSO4·0.5H2O，硬石膏和煅烧石膏均含90%的CaSO4，氟石膏含45%的CaSO4·2H2O和45%的CaSO4。
本发明中制备过程如下：将干燥的无水硫酸钠、硅铝氧化物和无烟煤三者混合后用水泥实验小磨研磨约30分钟，具体研磨时间以磨后粉料全过100目筛为准。其中，其中无水硫酸钠的加量按其所含Na2SO4与硅铝氧化物的质量比为4.0~25.0%确定，所用无烟煤按所含单质碳的质量为Na2SO4质量的5.0%~20.0%。混合粉体置于马弗炉中升温至850~950℃保温3小时，再快速升温至1050~1150℃保温2小时，然后直接取出在空气中速冷至室温。冷却后的煅烧料及后续加入的硅酸盐水泥熟料和石膏分别粉磨，三者的粉磨时间约半小时，具体粉磨时间以达到200目筛余量≤10%的细度要求为准。三种经过粉磨的物料粉用混料机按比例混匀即得水泥粉体。所得水泥中，硅酸盐水泥熟料的质量占比为20%~60%，石膏的加量需满足按所含等当量CaSO4·2H2O的质量≥硅酸盐水泥熟料的3%且≤煅烧料的50%确定。所用无烟煤还可以采用木炭、石墨、或炭黑等含单质碳原料及其任意混合物替换。相关的实施例工艺参数详见表2。表2中C指换算后的单质碳，石膏的掺量已换算成等当量CaSO4·2H2O。
按GB/T17671~1999的方法对表2所示的实施例的水泥胶砂进行养护和强度检测。相应的水泥强度性能数据详见表3。由表3可知，所制少熟料水泥的强度均超过PC32.5水泥的要求，当熟料掺量≥40%时，水泥强度性能均超过PO42.5水泥的要求，当熟料掺量≥55%时，水泥强度性能超过52.5水泥的要求，而相应的熟料掺量均明显低于硅酸盐水泥标准的要求。
Figure 474589DEST_PATH_IMAGE001
Figure 565167DEST_PATH_IMAGE002
Figure 296363DEST_PATH_IMAGE004
。

Claims (3)

1.一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，其特征是包括如下顺序的步骤：
（1）准备三种原料：硫酸钠、硅铝氧化物和含单质碳原料；其中，硫酸钠指在其1000℃煅烧后的剩余质量中，Na2SO4>85%的原料；硅铝氧化物指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且SiO2+ Al2O3>80%；
（2）将干燥的硫酸钠、含单质碳原料和硅铝氧化物三种原料混匀，并磨细至全过100目筛的细度；其中硫酸钠的加量按其所含Na2SO4与硅铝氧化物的质量比为4.0~25.0%确定，含单质碳原料的加量按其所含单质碳的质量为Na2SO4质量的5.0%~20.0%；
（3）将步骤（2）所得的混合粉体加热至850~950℃保温2~3小时，再迅速升温至1050~1150℃保温2~3小时，然后在空气中速冷至室温得到煅烧料；
（4）在煅烧料中加入硅酸盐水泥熟料和石膏，混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得水泥；硅酸盐水泥熟料的质量占比为20%~60%，石膏的加量需满足按等当量CaSO4·2H2O的质量≥硅酸盐水泥熟料的3%且≤煅烧料的50%确定。
2.如权利要求1所述的一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，其特征是，所述的含单质碳原料指以单质碳为主要化学组成的原料，包括木炭、石墨、炭黑或无烟煤及其任意多种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种分步煅烧廉价钠盐制备少熟料水泥的方法，其特征是，所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和 CaSO4·2H2O中的一种或多种的混合物，包括天然二水石膏、天然硬石膏、天然混合石膏、建筑石膏、煅烧无水石膏或各种工业废石膏。
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