CN109970372A - 一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎；然后将各原料配料并球磨24‑72h，得到生料；将生料压片，然后在900‑1200℃下保温1‑3h，取出急冷，得到熟料，将熟料与二水石膏混匀磨细即得水泥。本发明通过机械力化学的方法，提高材料活性，降低了化学反应的势垒，更高效地诱导贝利特硫铝酸盐水泥熟料矿物的低温形成，降低了贝利特硫铝酸盐水泥煅烧温度，比传统煅烧温度降低了150‑250℃，工艺简单，能耗低，低碳、绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用机械力化学法低温制备贝利特-硫铝酸盐水泥的方法。
技术背景
近年来，随着全球对节能减排的呼声越来越高，传统水泥生产由于消耗大量资源和能源，以及产生大量的温室气体而面临巨大挑战。资料显示，水泥工业能源消耗占全球一次能源消费的2％左右，或占全球工业能耗近5％；其CO2排放量占全球CO2排放总量的5％。而对占全球产量近60％的我国水泥行业而言，水泥工业的节能减排显得尤为迫切。
贝利特硫铝酸盐水泥由于具有生产能耗低、碳排放量低、早期强度高、抗冻性及耐久性好等特点，是目前低碳水泥的主要发展方向。现有技术中，关于贝利特硫铝酸盐水泥的报道有不少，但普遍存在工艺复杂、能耗高的问题，例如，申请号201510887526.0的中国专利申请，通过预磨、煅烧活化的方法处理煤矸石，将煤矸石作为混合材制备泡沫混凝土，预处理方式过于繁琐，煅烧活化能耗过高；利用机械力化学方法制备材料方面，陆雷等将钢渣经过机械球磨之后，其水化性能得到明显改善,表现为各龄期抗压强度都有显著增长；SrivastavaA通过混合适量的高岭土、滑石粉和吉伯氏体，进行高速行星磨中研磨，在1150℃机械化学合成堇青石。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，以克服现有技术中制备硫铝酸盐水泥过程中存在的工艺复杂、能耗高的问题，而且能够实现废渣的有效处理。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按27.04-40.14：10.3-28.53：20.4-44.45：11.4-18.88的质量比配料，进行球磨，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在900-1200℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷，得到熟料；
(3)将熟料与二水石膏混匀、磨细，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
进一步，步骤(1)中，所述硅质原料为钢渣、高炉矿渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或两种以上任意比例的混合物。
进一步，步骤(1)中，所述铝质原料为铝矾土、铝灰中的一种或者二者任意比例的混合物。
进一步，步骤(1)中，所述钙质原料为石灰石。
进一步，步骤(1)中，所述工业石膏为脱硫石膏。
进一步，步骤(1)中，所述球磨的参数：球料比为4:1-6:1，公转转速150-350r/min，球磨时间24-72h。
进一步，步骤(3)中，所述二水石膏的用量占熟料重量的5-15％。
本发明的有益效果：本发明以工业废渣为主要原料，一方面可以节约成本，另一方面可以更有效的处理和利用废渣，解决钢渣的长期废弃堆积成山的现状，本发明通过机械力化学的方法，以降低化学反应势垒，更高效地诱导材料的组织、结构、性能发生变化，降低硫铝酸盐水泥煅烧温度，比传统煅烧温度降低了150-250℃，能耗低，不会增加环境压力，低碳、绿色环保。
附图说明
图1为实施例1中水泥熟料的XRD图；
图2为实施例2中水泥熟料的XRD图；
图3为实施例3中水泥熟料的XRD图；
图4为实施例4中水泥熟料的XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
值得说明的是，下述实施例中，所用原料的主要成分如表1，但均不限于此。
表1所用原料主要化学成分(wt％)
实施例1
一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(高炉矿渣)、铝质原料(铝矾土)、钙质原料(石灰石)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按39.74：22.36：26.21：12.25的质量比配料，进行球磨(球料比4:1，转速150r/min)，粉磨24h后(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在900℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，得到熟料，对熟料进行XRD测试(如图1)；
(3)将熟料与二水石膏(二水石膏用量占熟料的5％)混匀、磨细至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，水灰比0.4，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
实施例2
一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(钢渣)、铝质原料(铝矾土)、钙质原料(石灰石)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按29.05：15.56：42.46：12.94的质量比配料，进行球磨(球料比5:1，转速250r/min)，粉磨72h后(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在1000℃下煅烧，保温1h后，取出急冷，得到熟料，对熟料进行XRD测试(如图2)；
(3)将熟料与二水石膏(二水石膏用量占熟料的9％)混匀、磨细至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，水灰比0.4，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
实施例3
一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(粉煤灰)、铝质原料(铝矾土)、钙质原料(石灰石)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按31.9:17.7:38.05:12.35的质量比配料，进行球磨(球料比6:1，转速350r/min)，粉磨60h后(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在1100℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，得到熟料，对熟料进行XRD测试(如图3)；
(3)将熟料与二水石膏(二水石膏用量占熟料的13％)混匀、磨细至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，水灰比0.4，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
实施例4
一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(煤矸石)、铝质原料(铝渣)、钙质原料(石灰石)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按31.39：40.86：11.23：16.5的质量比配料，进行球磨(球料比6:1，转速350r/min)，粉磨36h后(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在1200℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，得到熟料，对熟料进行XRD测试(如图4)；
(3)将熟料与二水石膏(二水石膏用量占熟料的15％)混匀、磨细至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，水灰比0.4，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
对实施例1-4制得的贝利特硫铝酸盐水泥进行3d，7d抗折、抗压强度性能测试，结果见表2：
表2
由表2可以看出，本发明实施例制得的贝利特硫铝酸盐水泥具有很好的抗折、抗压强度。
Claims (7)
1.一种机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按27.04-40.14：10.3-28.53：20.4-44.45：11.4-18.88的质量比配料，进行球磨，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压片，然后在900-1200℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷，得到熟料；
(3)将熟料与二水石膏混匀、磨细，得到贝利特硫铝酸盐水泥。
2.如权利要求1所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅质原料为钢渣、高炉矿渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或两种以上任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铝质原料为铝矾土、铝灰中的一种或者二者任意比例的混合物。
4.如权利要求1所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钙质原料为石灰石。
5.如权利要求1所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述工业石膏为脱硫石膏。
6.如权利要求1所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述球磨的参数：球料比为4:1-6:1，公转转速150-350r/min，球磨时间24-72h。
7.如权利要求1至6任一项所述机械力化学法低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述二水石膏的用量占熟料重量的5-15％。
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