CN109912247A

CN109912247A - 一种混凝土膨胀熟料、膨胀剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109912247A
Application number: CN201811395428.5A
Authority: CN
Inventors: 鲍茂林; 柴东先
Original assignee: HUZHOU FENGSHENG NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: HUZHOU FENGSHENG NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明涉及一种混凝土膨胀熟料、膨胀剂及其制备方法。本发明混凝土膨胀熟料由石灰石、氟石膏、菱镁矿石、废铝渣、钢渣，作为原料混合后煅烧而成。本发明混凝土膨胀剂采用本发明的混凝土膨胀熟料、二次复配氟石膏硫材、粉煤灰铝材、石灰石掺合料，经配比粉磨均化而成，本发明混凝土膨胀剂产品可完全达到GB/T23439‑2009的I型、II型标准要求。本发明混凝土膨胀剂开辟了利用工业废渣为主料生产膨胀剂的全新技术发展方向。

Description

一种混凝土膨胀熟料、膨胀剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土膨胀熟料、膨胀剂及其制备方法，主要应用在建材材料的技术领域。

背景技术

水泥混凝土是一种水硬性胶凝材料，在其水化硬化过程中会出现体积缩小现象，约束条件下的收缩在结构内部产生收缩应力，该应力超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂形成收缩裂缝。为了抑制由收缩引起的水泥混凝土的开裂，最经济易行的办法是掺加膨胀剂，以膨胀剂水化产生的膨胀来补偿混凝土收缩。根据膨胀源种类可将膨胀剂分为钙矾石型、氧化钙型和氧化镁型，目前应用最广泛的膨胀剂当属氧化钙型。

公开号为CN101333083A的中国专利公开了一种高性能膨胀性水泥熟料及其制备得到的系列膨胀剂。采用石灰石、矾土、石膏和铁粉为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥50％、矾土中 Al₂O₃含量≥70％、石膏中SO₃含量≥48％以及铁粉中Fe₂O₃含量≥80％。此发明对原材料质量要求高，原材料价格较高，同时受原材料产地影响，急需寻找合适的替代品进行膨胀熟料的生产。

公开号为CN101774777A的中国专利公开了一种氧化钙类膨胀剂的制备方法。采用石灰石、石膏和铜渣为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥53％、石膏中SO₃含量≥48％以及铜渣中CuO 含量≥75％。此发明对原材料质量要求高，产品膨胀源为氧化钙和硫铝酸钙，膨胀源偏少，产品膨胀率稍低。

公开号为CN1369455A的中国专利公开了一种高效硫铝酸钙型膨胀剂及工艺。采用石灰石、铝矾土和石膏为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥53％、铝矾土中Al₂O₃含量≥70％、石膏中SO₃含量≥48％。此发明依然存在对原材料质量要求较高，膨胀源少，煅烧过程中液相量少，熟料烧制密实度不够，容易出现熟料保质期短的问题，影响后期膨胀熟料的库存和膨胀剂的保质期。

公开号为CN103951302A的中国专利公开了一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法。采用石灰石和铁粉为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥54％、铁粉中Fe₂O₃含量≥70％。此发明产品的膨胀源单一，早期膨胀快，水化速度快，后期膨胀乏力，不利于混凝土中后期收缩的补偿。

上述膨胀熟料的制备方法多以高品质石灰石、铝矾土、硬石膏、铁粉为原料，对原材料的品质要求高。材料多为矿山开采材料，随着我国工业化、城镇化的迅速发展，各行各业对高品位矿石的开采加速，以及环保要求，各种矿产资源价格不断上涨，因此急需寻找合适的替代品进行膨胀熟料和膨胀剂的生产。

传统膨胀熟料多采用高品位石灰石、矾土和硬石膏为原料进行制备，制备的膨胀熟料不仅经济成本较高，而且受高品位矿石产地的影响较明显，无法满足基于膨胀剂应用市场需求进行生产线建设的需要。如何利用廉价易得、甚至是工业副产物、废渣材料制备性能优异的膨胀熟料、膨胀剂是膨胀剂行业面临的重要课题。

氟石膏是氢氟酸生产过程中的副产品,对环境产生较大的危害。每生产一吨氢氟酸，约产氟石膏4吨以上。刚出装置的氟石膏含有少量的萤石和硫酸，通过加入氢氧化钙进行中和处理后作为一般废弃物堆放，直接堆放不仅占用土地，还污染土地和地下水环境，因此处理和利用氟石膏，对生态环境有非常重要的意义。

目前利用氟石膏制水泥、建材制品已经成为处置氟石膏的主要途径，但受技术限制，氟石膏制备生产的水泥、建材缺乏足够的技术竞争优势，导致氟石膏在行业中的应用受到限制。要想实现氟石膏的高附加值利用，只有在技术上谋求突破，寻求新的治理工艺，综合利用，化害为利，变废为宝。

铝渣作为在铝冶炼过程中会产生的主要副产品，以往，人们把铝渣看做废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝渣，不仅将提高铝行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3％，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨， 2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。

石灰石是制造水泥、石灰等建筑材料的主要原料，现有的水泥、石灰生产技术多采用CaO含量在45％以上的高品位石灰石，消耗了大量的优质石灰石资源，并相应的伴生出大量的石灰石尾矿。石灰石尾矿是石灰石矿的副产品，是石灰石矿山开采、筛选后遗弃堆存的CaO含量低、颗粒尺寸小的矿石。随着我国水泥产业的蓬勃发展，高品位石灰石资源的急剧减少，而低品位的石灰石尾矿明显增多，提高石灰石资源的利用率，充分利用低品位石灰石资源作为掺合料生产新型建筑材料，对石灰石资源的综合利用具有现实意义。

在提倡可持续发展的今天，能源资源的高效利用和环境保护问题受到越来越多人的关注。如何充分利用工业生产过程中副产的大量氟石膏、铝渣、粉煤灰的有效成分，成为亟待解决的技术问题，但现有的技术中尚没有很好的解决办法。特别是关于综合利用氟石膏、铝渣、粉煤灰中富含的硫、铝质矿物资源，生产制备混凝土膨胀熟料、混凝土膨胀剂的方法也未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混凝土膨胀熟料、膨胀剂及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种混凝土膨胀熟料，其特征在于，其由石灰石、氟石膏、菱镁矿石、废铝渣、钢渣作为原料混合后煅烧而成，在原料中，按重量百分比由石灰石60-85％，氟石膏5-20％，菱镁矿石1-5％，废铝渣1-10％, 废钢渣1-3％。混凝土膨胀熟料它是由以下组分组成，均以重量百分含量计：f-CaO：30％-60％，C3S：5％-30％，C2S：5-30％，C4AF：3％-6％，C3A：1％-3％，f-CaSO₄：6-15％，MgO：2-5％。

一种混凝土膨胀剂，其特征在于其由混凝土膨胀熟料、氟石膏硫材、粉煤灰铝材、低品位石灰石掺合料，经配比粉磨均化而成，其中按重量百分比由10％-60％的膨胀熟料、20％-50％的工业氟石膏、 5-40％的粉煤灰、5-40％的石灰石经配料粉磨后制得；所述膨胀熟料由以重量百分含量计：f-CaO：30％-60％，C3S：5％-30％，C2S：5-30％， C4AF：3％-6％，C3A：1％-3％，f-CaSO4：6-15％，MgO：2-5％组成。

如本发明所述混凝土膨胀熟料，其原料石灰石，CaO含量 40％-56％、SiO₂在0.5-10％之间；所述氟石膏为硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，主要成分为无水硫酸钙，其含水率≤5％，SO₃含量≥45％,PH≥2，CaF2≤2％；所述菱镁矿MgO≥40％,SiO₂在0.5-10％之间；所述废铝渣，Al₂O₃含量在40％-75％；所述工业钢渣，Fe₂O₃≥25％。

本发明所述的混凝土膨胀熟料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

⑴先将石灰石、氟石膏、菱镁矿石、废铝渣、钢渣原料按重量配比经中控自动配料系统配料后送入球磨机粉磨至0.08mm筛余≤30％，粉磨后得到混合物料，将其送入生料库存储；

⑵生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1250℃-1400℃，煅烧时间为30-60分钟，得到混凝土膨胀熟料；

⑶经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却，即制得本发明的一种混凝土膨胀熟料(球)，混凝土膨胀熟料(球)经磨机粉磨至比表面积为200-350m²/㎏，即得到本发明的一种混凝土膨胀熟料 (粉)。

混凝土膨胀剂，其原料混凝土膨胀熟料，f-CaO：40％-60％，C3S： 5％-30％，C2S：5-30％，C4AF：3％-6％，C3A：1％-3％，f-CaSO₄： 6-15％，MgO：2-5％；氟石膏主要成分为无水硫酸钙，其含水率≤1％， SO₃含量≥45％,PH≥2，CaF₂≤2％；粉煤灰，需水量比≤115％，烧失量≤15％，SO₃≤3％，Al₂O₃≥20％，含水率≤1％；石灰石，CaO含量30％-55％，含水率≤1％。

本发明所述的混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将本发明的混凝土膨胀熟料球、氟石膏、粉煤灰、低品位石灰石原料按权利2所述重量配比经中控自动配料系统配料后送入磨机粉磨，磨至比表面积为250-350m²/kg得到膨胀剂，将其送入膨胀剂成品库存储。

本发明的有益效果：

⑴本发明混凝土膨胀熟料以氟石膏作为为硫质原料，以废铝渣为铝质原料，以钢渣作为铁质原料提供煅烧液相，实现了对工业废渣的高品位应用。开辟了一条制备混凝土膨胀熟料的新途径，很好的解决了工业废渣对生态环境造成污染的社会问题，实现了资源的再利用。以菱镁矿石作为镁质原料，增加了膨胀熟料的膨胀组分，提高了混凝土膨胀熟料的中后期膨胀率。

⑵本发明混凝土膨胀剂以以氟石膏作为为硫质原料，以粉煤灰为铝质原料，低品位石灰石尾矿作为掺合料，开辟了利用氟石膏等工业副产物制备膨胀剂的新途径，很好的解决了工业废渣、粉煤灰对生态环境造成污染的社会问题，实现了资源的再利用。同时实现了石灰石尾矿的再次利用。

具体实施方式

下面根据实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例1混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将80份石灰石、10份氟石膏、4份菱镁矿、4份铝渣、2份钢渣按比例配料后送入球磨机粉磨至0.08mm筛余≤30％，粉磨后得到混合物料，将其送入生料库均化存储；

⑶经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却，即制得本发明的一种混凝土膨胀熟料(球)，混凝土膨胀熟料(球)经磨机粉磨至比表面积为200-350m²/㎏，即得到本发明的一种混凝土膨胀熟料(粉)。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％的本发明所制得膨胀熟料粉，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀熟料膨胀率检测，其物理性能见表1。

表1

本发明实施例1混凝土膨胀剂按重量份数由下列原料组成：

本实施例1混凝土膨胀剂的制备方法包括如下步骤：

将25份本发明混凝土膨胀熟料球、40份氟石膏、20份粉煤灰、 15份低品位石灰石原料按重量配比经中控自动配料系统配料后送入磨机粉磨，磨至比表面积为250-350m²/kg得到膨胀剂，将其送入膨胀剂成品库存储；

采用GB8076规定的基准水泥，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀剂性能检测，其性能见表2。

表2

实施例2

本发明实施例2混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例2混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将75份石灰石、15份氟石膏、4份菱镁矿、4份铝渣、2份钢渣按比例配料后送入球磨机粉磨至0.08mm筛余≤30％，粉磨后得到混合物料，将其送入生料库均化存储；

⑶经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却，即制得本发明的一种混凝土膨胀熟料(球)，混凝土膨胀熟料(球)经磨机粉磨至比表面积为200-350m2/㎏，即得到本发明的一种混凝土膨胀熟料 (粉)。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％的本发明所制得膨胀熟料粉，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀熟料膨胀率检测，其物理性能见表3。

表3

本发明实施例2混凝土膨胀剂按重量份数由下列原料组成：

本实施例2混凝土膨胀剂的制备方法包括如下步骤：

将30份本发明混凝土膨胀熟料球、35份氟石膏、20份粉煤灰、15份低品位石灰石原料按重量配比经中控自动配料系统配料后送入磨机粉磨，磨至比表面积为250-350m2/kg得到膨胀剂，将其送入膨胀剂成品库存储；

采用GB8076规定的基准水泥，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀剂性能检测，其性能见表4。

表4

实施例3

本发明实施例3混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例3混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将70份石灰石、18份氟石膏、5份菱镁矿、5份铝渣、2份钢渣按比例配料后送入球磨机粉磨至0.08mm筛余≤30％，粉磨后得到混合物料，将其送入生料库均化存储；

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％的本发明所制得膨胀熟料粉，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀熟料膨胀率检测，其物理性能见表5。

表5

本发明实施例3混凝土膨胀剂按重量份数由下列原料组成：

本实施例3混凝土膨胀剂的制备方法包括如下步骤：

将45份本发明混凝土膨胀熟料球、40份氟石膏、10份粉煤灰、 5份低品位石灰石原料按重量配比经中控自动配料系统配料后送入磨机粉磨，磨至比表面积为250-350m²/kg得到膨胀剂，将其送入膨胀剂成品库存储；

采用GB8076规定的基准水泥，按照GB/T23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行膨胀剂性能检测，其性能见表6。

表6

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种混凝土膨胀熟料，其特征在于，以重量百分含量计包括：f-CaO：30%-60%，C3S：5%-30%，C2S：5-30%，C4AF：3%-6%，C3A：1%-3%，f-CaSO₄：6-15%，MgO：2-5%。

2.根据权利要求1所述的混凝土膨胀熟料，其特征在于，其由石灰石、氟石膏、菱镁矿石、废铝渣、钢渣作为原料混合后煅烧而成，在原料中，按重量百分比包括石灰石60-85%、氟石膏5-20%、菱镁矿石1-5%、废铝渣1-10%、废钢渣1-3%。

3.根据权利要求2所述的混凝土膨胀熟料，其特征在于，所述原料石灰石，CaO含量在40%-56%、SiO2含量在0.5-10%；所述氟石膏为硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，其主要成分无水硫酸钙的含水率≤5%，SO₃ 含量≥45%，PH≥2，CaF₂≤2%；所述菱镁矿MgO≥40%，SiO₂含量在0.5-10%；所述废铝渣，Al₂O₃含量在40%-75%；所述工业钢渣，Fe₂O₃≥25%。

4.一种包含入权利要求1或2或3所述混凝土膨胀熟料的混凝土膨胀剂，其特征在于，以重量百分含量计包括：f-CaO：30%-60%、C3S：5%-30%、C2S：5-30%、C4AF：3%-6%、C3A：1%-3%、f-CaSO₄：6-15%、MgO：2-5%。

5.根据权利要求4所述的混凝土膨胀剂，其特征在于，其由混凝土膨胀熟料、氟石膏、粉煤灰、石灰石，经配比粉磨均化而成，在原料中，按重量百分比包括10%-60%的膨胀熟料、20%-50%的工业氟石膏、5-40%的粉煤灰、5-40%的石灰石。

6.根据权利要求5所述的混凝土膨胀剂，其特征在于，氟石膏主要成分无水硫酸钙的含水率≤1%，SO3 含量≥45%,PH≥2，CaF₂≤2%；粉煤灰，需水量比≤115%，烧失量≤15%，SO3≤3%，Al2O3≥20%，含水率≤1%；石灰石，CaO含量30%-56%，含水率≤1%。

7.一种制备如权利要求1-3任一项所述的混凝土膨胀熟料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

⑴先将石灰石、氟石膏、菱镁矿石、废铝渣、钢渣原料按重量配比经中控自动配料系统配料后送入球磨机粉磨至0.08mm筛余≤30%，粉磨后得到混合物料，将其送入生料库存储；

⑶经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却，即制得本发明的一种混凝土膨胀熟料/球，混凝土膨胀熟料/球经磨机粉磨至比表面积为200-350m²/㎏，即得到成品。

8.一种制备如权利要求4的混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将10%-60%的膨胀熟料、20%-50%的工业氟石膏、5-40%的粉煤灰、5-40%的石灰石经中控自动配料系统配料后送入磨机粉磨，磨至比表面积为250-350m²/kg得到成品，将其送入膨胀剂成品库存储。