CN109896769B - 一种胶凝材料组合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种胶凝材料组合料，所述胶凝材料组合料由燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣按照重量比为90‑95:5‑10制备而成。本发明还涉及胶凝材料组合料的制备方法。本发明所述的燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣制成的胶凝材料组合料与建筑石膏相比，本发明的胶凝材料组合料强度高和耐水性能好，并且改善了凝结时间。此外，本发明的胶凝材料组合料完全可以当作建筑石膏的替代品；可用本发明的胶凝材料组合料制作砂浆对房屋进行粉刷，起到隔热保温的效果。
Description
技术领域
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种胶凝材料组合料及其制备方法。背景技术
目前钢铁企业生产钢铁时，主要要用燃煤，而利用燃煤造成大量的CO2和SO2向大气中排放，造成大气环境严重污染，因此，钢铁企业生产钢铁时必须对燃煤进行除硫，减少向大气中排放CO2和SO2含量，减少对环境的污染。所以，钢铁企业排出的燃煤脱硫废渣含SO3成分只有5-15%左右，烧失量在8-16%左右，还含有其他氧化物成分比较复杂，其中SO3含量比较低，质量波动大，不稳定，烧失量比较高，凝结时间长达30小时左右，影响了质量使用效果。因此，造成该脱硫粉不能直接用于建材产品，只能利用大量农田堆放和填埋，造成了对环境的二次污染，我国每年有1亿吨脱硫粉排出，需要有效处理是刻不容缓的措施。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，采用燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣为原料制备胶凝材料组合料，既可消除污染、净化环境，又可使资源回收利用。
本发明的具体技术方案如下：
一种胶凝材料组合料，所述胶凝材料组合料由燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣按照重量比为90-95:5-10制备而成。
本发明把燃煤脱硫废渣加工成一定的小粒径来脱水，直接进行焙烧反应，控制新生晶体向所要求方向发展；通过加入非石膏成分的硫酸铝渣，吸收加热反应放出的含硫氧化物和燃煤脱硫废渣中的其它成分，对胶凝材料组合料的性能和耐水性起到很好的效果。
优选的，所述燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣的粒径为5-160um；将粒径为5-160um的燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣胶集起来，并且形成一定的小粒径，控制焙烧以形成所述的SO3、Al2O3、SiO2、CaO，组合脱去部分结晶水，在结晶过程中有利于α石膏胶凝材料的形成。
优选的，所述胶凝材料组合料中包含SO3、AI2O3、SiO2、CaO。
优选的，所述SO3的质量占胶凝材料组合料总质量的10-25%，所述AI2O3的质量占胶凝材料组合料总质量的5-16%，所述SiO2的质量占胶凝材料组合料总质量的10-15%，所述CaO的质量占胶凝材料组合料总质量的15-25%；上述质量范围的SO3、AI2O3、SiO2、CaO有利于α型石膏胶凝材料的形成。
优选的，所述胶凝材料组合料为β型半水石膏、β型可溶性硬石膏、α型半水石膏或α型可溶性硬石膏。
本发明还涉及所述的胶凝材料组合料的制备方法，包括如下步骤：将燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣混合形成混合料，混合料通过固化养护后进行焙烧，得到胶凝材料组合料。
优选的，焙烧温度为250-500℃；燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣经历不同燃烧温度脱去结晶水和加热速度期间发生变化，会造成最终晶体形态的不同，控制焙烧温度以形成所述的SO3、AI2O3、SiO2、CaO组合脱去部分结晶水，在结晶过程中有利于α石膏胶凝材料的形成。
本发明采用燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣制备得到的胶凝材料组合料（即β型半水石膏、β型可溶性硬石膏、α型半水石膏或α型可溶性硬石膏），可用于建筑工程的房屋粉刷，保温用料、制石膏板等。所述原料100%是工业废渣，既可消除污染、净化环境，又可使资源回收利用。本发明工艺设备简单，生产过程中热能被充分利用，以250-500℃焙烧形成一种SO3、AI2O3、SiO2、CaO为主的胶凝材料组合料；并使燃煤脱硫废渣中部分杂质形成一种胶凝活性材料，得到强度性能好，使用中工作度理想，又有好的水硬性的胶凝材料组合料。
本发明所述的燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣制成的胶凝材料组合料与建筑石膏相比，本发明的胶凝材料组合料强度高和耐水性能好，并且改善了凝结时间。此外，本发明的胶凝材料组合料完全可以当作建筑石膏的替代品；可用本发明的胶凝材料组合料制作砂浆对房屋进行粉刷，起到隔热保温的效果。
附图说明
图1为实施例1的胶凝材料组合物的X射线衍射（XRD）分析图；
图2为现有建筑石膏的X射线衍射（XRD）分析图；
图3为实施例20um粒径胶凝材料组合物水化28天（SEM）分析图；
图4为20um粒径现有建筑石膏样品水化28天（SEM）分析图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，本发明为提及部分均为现有技术。
本发明所述的“燃煤脱硫废渣”为钢厂用燃煤炼钢铁后除硫废渣脱硫粉。
本发明所述的“硫酸铝渣”为磷肥厂生产硫酸铝排出的废渣铝渣。
本发明所述的“固化养护”采用本领域内常规的固化养护方法。
实施例1
将粒径为100-160um燃煤脱硫废渣90kg、粒径为100-160um硫酸铝渣10kg混合形成混合料，通过固化养护，进烘干窑于300℃条件下进行焙烧，使混合料转变成松散凝聚产品性能的胶凝材料组合料。
将该胶凝材料组合料粉磨，并且通过氧化物组成的化学成分的分析、以及通过XRD分析来确定组成，和SEM矿物组成结构进行20um粒径的测定分析。该胶凝材料组合料主要包含如图1所示为半水石膏CaSO4·1/2H2O，如图1所述衍射峰线宽广向上，并产生新的峰值，明显不同于图2，而图2建筑石膏峰线平真狭小，所以图1性能要比图2性能效果好。如图3所示胶凝材料组合料结构粒径大小合理分布均匀，图4显示建筑石膏矿物组成结构20um粒径测定分析，且可以看出粒径大小分布不合理，不一致，料径大，孔洞大。
如表1为所述胶凝材料组合料主要氧化物SO3、AI2O3、SiO2、CaO成分的分析。
表1 胶凝材料组合料氧化物组成的化学成分分析结果
| 化学成分(%) | SO<sub>3</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | CaO |
| 胶凝材料组合料 | 10.9 | 5.5 | 10.3 | 15.4 |
将制得的胶凝材料组合料与砂按重量比1：3、用标准稠度的加水量，参照GBT9776-1988建筑石膏进行凝结时间和抗折、抗压强度物理性能的测量，同国家建筑石膏对比试验，结果如表2所示，质量都远远超过了国家标准建筑石膏性能。
表2 胶凝材料组合料与国家标准建筑石膏物理性能比较结果
| 项目 | 初凝时间 | 终凝时间 | 抗折强度（mpa） | 抗压强度（mpa） |
| 建筑石膏（优等品） | ≥6mim | ≤30min | ≥2.5 | ≥5.0 |
| 胶凝材料组合料 | ≥60min | ≤240min | ≥5.6 | ≥19.8 |
实施例2
将粒径为50-100um燃煤脱硫废渣93kg、粒径为50-100um硫酸铝渣7kg混合形成混合料，通过固化养护，进烘干窑于250℃条件下进行焙烧，使混合料转变成松散凝聚产品性能的胶凝材料组合料。将该产品粉磨，并且通过氧化物组成的化学成分分析和胶凝材料物理性能按实施例1所述的方法测定，如表3和表4所示。
表3 所述胶凝材料组合料氧化物组成的化学成分分析结果
| 化学成分(%) | SO<sub>3</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | CaO |
| 胶凝材料组合料 | 22.12 | 12.6 | 13.6 | 22.6 |
表4 所述胶凝材料组合料与国家标准建筑石膏物理性能比较结果
| 项目 | 初凝时间 | 终凝时间 | 抗折强度（mpa） | 抗压强度（mpa） |
| 建筑石膏（优等品） | ≥6mim | ≤30min | ≥2.5 | ≥5.0 |
| 胶凝材料组合料 | ≥66min | ≤255min | ≥5.7 | ≥20.5 |
实施例3
将粒径为5-50um燃煤脱硫废渣95kg、粒径为5-50um硫酸铝渣5kg混合形成混合料，通过固化养护，进烘干窑于500℃条件下进行焙烧，使混合料转变成松散凝聚产品性能的胶凝材料组合料。将该产品粉磨，并且通过氧化物组成的化学成分分析和胶凝材料物理性能按实施例1所述的方法测定，如表5和表6所示。
表5 所述胶凝材料组合料氧化物组成的化学成分分析结果
| 化学成分(%) | SO<sub>3</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | CaO |
| 胶凝材料 | 25.1 | 16.2 | 15.1 | 25.3 |
表6 所述胶凝材料组合料与国家标准建筑石膏物理性能比较结果
| 项目 | 初凝时间 | 终凝时间 | 抗折强度（mpa） | 抗压强度（mpa） |
| 建筑石膏（优等） | ≥6min | ≤30min | ≥2.5 | ≥5.0 |
| 胶凝材料 | ≥81min | ≤246min | ≥6.0 | ≥21.3 |
本发明采用燃煤脱硫废渣和硫酸铝渣制备得到的胶凝材料组合料（即β型半水石膏、β型可溶性硬石膏、α型半水石膏或α型可溶性硬石膏），强度性能好，使用中工作度理想，又有好的水硬性。
本发明不应当被认为限制于上述的具体实施例，而应当理解为涵盖本发明的所有方面。适用于本发明的各种改进，等同的方法以及众多的结构和设备，对于本领域技术人员将是显而易见的。
Claims (5)
1.一种胶凝材料组合料，其特征在于，所述胶凝材料组合料由钢厂用燃煤炼钢铁后除硫废渣脱硫粉和磷肥厂生产硫酸铝排出的废渣铝渣按照重量比为90-95:5-10制备而成，所述胶凝材料组合料中包含SO3、Al2O3、SiO2、CaO，所述SO3的质量占胶凝材料组合料总质量的10.9-25.1％，所述Al2O3的质量占胶凝材料组合料总质量的5.5-16.2％，所述SiO2的质量占胶凝材料组合料总质量的10.3-15.1％，所述CaO的质量占胶凝材料组合料总质量的15.4-25.3％；所述胶凝材料组合料由如下方法制备得到：将废渣脱硫粉和废渣铝渣混合形成混合料，固化养护，并在250-500℃的条件下焙烧。
2.根据权利要求1所述的胶凝材料组合料，其特征在于所述废渣脱硫粉和废渣铝渣的粒径为5-160um。
3.根据权利要求2所述的胶凝材料组合料，其特征在于，所述胶凝材料组合料的初凝时间大于60min，终凝时间小于255min，抗折强度大于5.6MPa，抗压强度大于19.8MPa。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的胶凝材料组合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钢厂用燃煤炼钢铁后除硫废渣脱硫粉和磷肥厂生产硫酸铝排出的废渣铝渣混合形成混合料，混合料通过固化养护后进行焙烧，焙烧温度为250-500℃，得到胶凝材料组合料。
5.根据权利要求1-3任意一项所述胶凝材料组合料的应用，其特征在于，所述胶凝材料组合料完全能够替代建筑石膏，广泛用于建筑工程的房屋粉刷，保温用料，制石膏板。
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| CN109896769A (zh) | 2019-06-18 |
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