CN108726904A

CN108726904A - 一种道路缓凝水泥及其制备方法

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Publication number: CN108726904A
Application number: CN201810596155.4A
Authority: CN
Inventors: 朱兵兵; 郑志龙; 邹兴芳; 黄凯; 张媛媛
Original assignee: Gezhouba Group Cement Co Ltd
Current assignee: Gezhouba Group Cement Co Ltd
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2018-11-02

Abstract

本发明涉及一种道路缓凝水泥及其制备方法，其由专用水泥熟料、石灰石废渣、改性钢渣粉和磷石膏组成。所述道路缓凝水泥以含碳页岩配制水泥生料，以磷石膏做熟料煅烧的矿化剂，以破碎、除铁和粉磨制成的钢渣粉和石灰石废渣做水泥混合材，以磷石膏做水泥缓凝剂。采用本发明的技术方案，制备的道路缓凝水泥具有凝结时间适宜、早期强度高、后期强度增长快、抗折强度高、耐磨性好、干缩性小等优点，同时实现了含碳页岩、石灰石废渣、钢渣和磷石膏等固体废弃物高效资源化利用，具有重要的经济效益和社会效益。

Description

一种道路缓凝水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥工业生产技术和工业固体废弃物综合利用领域，具体涉及一种道路缓凝水泥及其制备方法。

背景技术

道路水泥是由道路硅酸盐熟料、一定量混合材和适量石膏，粉磨制备而成的一种特种水泥，主要应用于飞机跑道和城乡公路等道路工程。在道路建设过程中，由于施工搅拌、铺平、压实等时间周期较长，且须在水泥完全硬化之前完成，用户根据现场施工状况要求水泥初凝时间应大于4h，终凝时间不小于6h。

含碳页岩是煤矿开采和加工过程中产生的废弃物，主要由氧化硅与氧化铝等氧化物、一定量的碳和微量元素组成。石灰石废渣是石灰石矿山开采产生的石灰石废屑，含有一定量的黏土，也是一种固体废弃物。钢渣是炼钢过程产生的废渣，钢渣中富含C₃S与C₂S等硅酸钙化合物，具有潜在水硬性。磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放废渣，主要成分为二水硫酸钙，含有磷、氟、有机物等有害杂质，其性能不如天然石膏，从而限制了磷石膏的应用范围与规模。含碳页岩、石灰石废渣、钢渣和磷石膏等固体废弃物长期大量堆积，占用大量土地，污染生态环境，同时存在一定的安全风险。

发明内容

本发明的目的针对上述问题，提供一种道路缓凝水泥及其制备方法，具有凝结时间适宜、早期强度高、后期强度增长快、抗折强度高、耐磨性好、干缩性小等优点，同时实现了含碳页岩、石灰石废渣、钢渣和磷石膏等固体废弃物高效资源化利用，具有重要的经济效益和社会效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种道路缓凝水泥，所述道路缓凝水泥包括按重量份计的以下组分：70～84 份水泥熟料、0～9份石灰石废渣、0～27份钢渣粉、3～7份改性磷石膏。

优选地，所述水泥熟料包括按照重量份计的以下组分：70～90份石灰石、8～20 份含碳页岩、2～8份铁质原料、1～3份磷石膏。

进一步优选地，所述石灰石的CaO含量为48～53wt％；

所述含碳页岩的SiO₂含量为51～76wt％，Al₂O₃含量为12～21wt％；

所述铁质原料选自硫酸渣、转炉渣、铁矿石或铁尾矿中的一种或多种，所述铁质原料Fe₂O₃含量为42～74wt％；所述磷石膏SO₃含量为31～46wt％；

所述水泥熟料中C₃A含量1～4wt％，C₄AF含量17～24wt％，f-CaO含量低于1.0wt％。

进一步优选地，所述道路缓凝水泥包括按重量份计的以下组分

76份水泥熟料、3份石灰石废渣、16份钢渣粉、5份改性磷石膏；

所述水泥熟料由80份石灰石、14份含碳页岩、5份铁质原料、1份磷石膏。

所述的道路缓凝水泥的制备方法，1)将水泥石灰石、含碳页岩、铁质原料、磷石膏分别破碎预处理，并经预均化后储存；

2)将破碎之后的石灰石、含碳页岩、铁质原料、磷石膏按比例混合均匀，送至粉磨系统中粉磨、烘干、筛选，储存于生料均化库得到水泥生料；

3)将水泥生料送至预分解窑，在预热器内预热分解，然后在回转窑内高温煅烧，经篦冷机冷却得到水泥熟料；

4)将水泥熟料、石灰石废渣、钢渣粉和改性磷石膏混合，经辊压机和球磨机粉磨制备道路水泥。

进一步优选地，所述步骤1)中石灰石和含碳页岩95.0wt％以上粒径≤80mm；所述步骤2)中的水泥生料水分≤1.5wt％，至少98.5wt％粉体粒径≤20mm；所述步骤3)中煅烧温度1320～1400℃，煅烧时间为6-8min；所述步骤4)中石灰石废渣为矿山尾矿经破碎处理，废渣粒径为5～10mm、含泥量＜25wt％；所述步骤 4)中钢渣粉由钢渣经多次破碎、磁选除铁、磨细筛选等预处理，比表面积 400～450m²/kg、含铁量＜2.0wt％。

进一步优选地，所述步骤4)中改性磷石膏经过碱性钢渣中和、陈化改性处理，所述改性磷石膏的制备方法为：将磷石膏中添加10-55％的碱性钢渣混合、球磨，将处理后的磷石膏储存放置60～90天，经过自然陈化进一步减少磷石膏中杂质含量。

进一步优选地，所述步骤4)中混合物经辊压机循环系统挤压破碎成细粉，通过V型选粉机分离，筛选比表面积160～240m²/kg的粉体送入球磨机循环系统，粗粉被辊压机继续挤压破碎；

所述步骤4)中辊压机循环系统分离的细粉，再经球磨机循环系统研磨，通过O-Sepa选粉机分选，分离出比表面积340～420m²/kg的细粉做为水泥成品，粗粉被球磨机继续研磨。

本发明有益效果：

1、本发明提高了含碳页岩的利用率，不仅道路缓凝水泥的配料中使用，同时在配制水泥熟料的生料过程中也利用了含碳页岩，利用含碳页岩代替硅铝质原料配制水泥生料，含碳页岩中含有氧化硅和氧化铝等氧化物，一定量的碳和微量元素，有机碳在煅烧过程中能够提供一定的热量，有利于降低熟料原煤消耗；微量元素有助于降低熟料煅烧温度和液相粘度，促进熟料中硅酸钙矿物形成。

2、本发明在水泥生料中掺入了适量磷石膏，可作为熟料煅烧的矿化剂，磷石膏中含有硫、铝、铁等多种微量元素的富氧矿物，熟料液相温度降低了 50～100℃，能够改善水泥生料易烧性，有利于熟料矿物生成。

3、本发明利用一定量的石灰石废渣做水泥混合材，石灰石水化速度较快，有助于提高水泥早期强度。

4、本发明还利用适量的钢渣粉做水泥混合材，钢渣经磨机粉磨改性之后，具有较强的水化活性，有助于提高水泥后期强度增进率。

5、本发明利用经球磨机粉磨改性的磷石膏做缓凝剂，降低了磷石膏中杂质含量，水泥凝结时间为4.5～7.5h，满足道路施工要求。

6、本发明制备的道路缓凝水泥凝结时间适宜，早期强度高、后期强度增长快，抗折强度高，耐磨性好，干缩性小。

7、本发明实现了含碳页岩、石灰石废渣、钢渣和磷石膏等固体废弃物在水泥工业中的高效资源化利用，真正变废为宝，有利于保护和改善生态环境，具有重要的经济效益、社会效益与环境效益。

8、本发明制备工艺节能环保，熟料煅烧温度低、煅烧时间短，熟料单位煤耗降低1.0～3.2kg/t。

9、本发明对石灰石矿山尾矿进行破碎再利用，可降低水泥生产成本，有利于保护矿山环境。

10、改性磷石膏经过钢渣中和、陈化改性处理，碱性钢渣可与磷石膏中的可溶性杂质发生中和反应，减少磷石膏杂质含量；将处理后的磷石膏储存放置，经过自然陈华进一步减少磷石膏中杂质含量。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

利用本发明方法在葛洲坝松滋水泥有限公司新型干法预分解窑进行道路缓凝水泥生产试验，具体步骤为：

(1)将78wt％石灰石、15wt％含碳页岩、5wt％铁质原料(3份铁矿石+1份硫酸渣)、2wt％磷石膏混合均匀，粉磨制备水泥生料。

(2)将水泥生料送入预分解窑系统内预热分解、高温煅烧、快速冷却制成水泥熟料。

其中实施例1中原料的化学成分见表1-1：

名称	LOSS	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	K₂O	Na₂O
										石灰石	39.17	7.26	0.91	0.32	49.76	0.80	0.12	0.13	0.04
含碳页岩	6.73	61.52	16.40	5.88	2.51	2.25	0.22	2.81	0.82
										铁质原料	6.37	6.12	2.93	63.42	8.32	1.00	9.30	0.98	0.17
磷石膏	19.53	7.16	1.73	0.44	29.99	0.08	40.19	0.63	0.05

实施例1中熟料化学分析结果见表1-2：

实施例1中道路水泥熟料的物理性能见表1-3：

实施例2

(1)将80wt％石灰石、14wt％含碳页岩、5wt％铁质原料(3份铁矿石+1份硫酸渣)、1wt％磷石膏混合均匀，粉磨制备水泥生料。

其中实施例2中原料的化学成分见表2-1：

实施例2中熟料化学分析结果见表2-2：

实施例2中道路水泥熟料物理性能见表2-3：

实施例3

(1)将82wt％石灰石、13wt％含碳页岩、4wt％铁质原料(3份铁矿石+1份硫酸渣)、1wt％磷石膏混合均匀，粉磨制备水泥生料。

其中实施例3中原料的化学成分见表3-1：

实施例3中熟料化学分析结果见表3-2：

实施例3中道路水泥熟料物理性能见表3-3：

实施例4

(1)将78wt％石灰石、15wt％含碳页岩、6wt％铁质原料(3份铁矿石+1份硫酸渣)、1wt％磷石膏混合均匀，粉磨制备水泥生料。

(3)将步骤(2)制备的熟料、石灰石废渣和改性磷石膏按照84wt％、9wt％和7wt％混合均匀，磨细制成目标水泥。

其中实施例4中原料的化学成分见表4-1：

实施例4中熟料化学分析结果见表4-2：

实施例4中道路水泥物理性能见表4-3：

实施例5

(1)将80wt％石灰石、14wt％含碳页岩、5wt％铁质原料(3份铁矿石+1份硫酸渣)、1wt％磷石膏混合均匀，粉磨制备水泥生料。(生料最优配比)

(3)将步骤(2)制备的熟料、钢渣粉和改性磷石膏按照70wt％、27wt％和 3wt％混合均匀，磨细制成目标水泥。

其中实施例5中原料的化学成分见表5-1

实施例5中熟料化学分析结果见表5-2

实施例5中道路水泥物理性能见表5-3

实施例6

(3)将步骤(2)制备的熟料、石灰石废渣、钢渣粉和改性磷石膏按照76wt％、3wt％、16wt％和5wt％混合均匀，磨细制成目标水泥。(水泥最优配比)

其中实施例6中原料的化学成分见表6-1

实施例6中熟料化学分析结果见表6-2

实施例6中道路水泥物理性能见表6-3

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种道路缓凝水泥，其特征在于：所述道路缓凝水泥包括按重量份计的以下组分：70~84份水泥熟料、0~9份石灰石废渣、0~27份钢渣粉、3~7份改性磷石膏。

2.根据权利要求1所述的道路缓凝水泥，其特征在于：所述水泥熟料包括按照重量份计的以下组分：70~90份石灰石、8~20份含碳页岩、2~8份铁质原料、1~3份磷石膏。

3.根据权利要求2所述的道路缓凝水泥，其特征在于：所述石灰石的CaO含量为48~53wt%；

所述含碳页岩的SiO₂含量为51~76wt%，Al₂O₃含量为12~21wt%；

所述铁质原料选自硫酸渣、转炉渣、铁矿石或铁尾矿中的一种或多种，所述铁质原料Fe₂O₃含量为42~74wt%；所述磷石膏SO₃含量为31~46wt%；

所述水泥熟料中C₃A含量1~4wt%，C₄AF含量17~24wt%，f-CaO含量低于1.0wt%。

4.根据权利要求1所述的道路缓凝水泥，其特征在于：所述道路缓凝水泥包括按重量份计的以下组分

5.权利要求1-4任意一项所述的道路缓凝水泥的制备方法，其特征在于：

1）将水泥石灰石、含碳页岩、铁质原料、磷石膏分别破碎预处理，并经预均化后储存；

2）将破碎之后的石灰石、含碳页岩、铁质原料、磷石膏按比例混合均匀，送至粉磨系统中粉磨、烘干、筛选，储存于生料均化库得到水泥生料；

3）将水泥生料送至预分解窑，在预热器内预热分解，然后在回转窑内高温煅烧，经篦冷机冷却得到水泥熟料；

4）将水泥熟料、石灰石废渣、钢渣粉和改性磷石膏混合，经辊压机和球磨机粉磨制备道路水泥。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中石灰石和含碳页岩95.0wt%以上粒径≤80mm；所述步骤2）中的水泥生料水分≤1.5 wt%，至少98.5wt%粉体粒径≤20mm；所述步骤3）中煅烧温度1320~1400℃，煅烧时间为6-8min；所述步骤4）中石灰石废渣为矿山尾矿经破碎处理，废渣粒径为5~10mm、含泥量＜25wt%；所述步骤4）中钢渣粉由钢渣经多次破碎、磁选除铁、磨细筛选等预处理，比表面积400~450m²/kg、含铁量＜2.0wt%。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述步骤4）中改性磷石膏经过碱性钢渣中和、陈化改性处理，所述改性磷石膏的制备方法为：将磷石膏中添加10-55%的碱性钢渣混合、球磨，将处理后的磷石膏储存放置60~90天，经过自然陈化进一步减少磷石膏中杂质含量。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述步骤4）中混合物经辊压机循环系统挤压破碎成细粉，通过V型选粉机分离，筛选比表面积160~240 m²/kg的粉体送入球磨机循环系统，粗粉被辊压机继续挤压破碎；

所述步骤4）中辊压机循环系统分离的细粉，再经球磨机循环系统研磨，通过O-Sepa选粉机分选，分离出比表面积340~420 m²/kg的细粉做为水泥成品，粗粉被球磨机继续研磨。