CN110078393B - 一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温制备硫硅酸钙‑硫铝酸盐水泥的方法，所述制备方法为：将硅质原料、钙质原料、铝质原料和工业石膏分别破碎，然后按质量比18.21‑31.44:17.54‑39.98:19.47‑40.72:11.71‑28.74配料并球磨24‑72h，得到生料；将生料在3‑5MPa下压方片，然后将方片在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，更高效地诱导硫硅酸钙‑硫铝酸盐水泥熟料矿物的低温形成，降低了硫硅酸钙‑硫铝酸盐水泥煅烧温度，能耗低，不会增加环境压力，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用机械力化学法低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法。
技术背景
硅酸盐水泥具有强度高、水化热大，抗冻性好的特点，但在生产过程中会排放出大量的CO2，且由于熟料煅烧过程中温度较高，导致硅酸盐水泥生产能耗较大，环境负荷巨大。相比于硅酸盐水泥，硫铝酸盐水泥具有高早强、微膨胀、耐侵蚀和抗冻性能好的优点，且相较于硅酸盐水泥其烧成温度低，消耗的石灰质资源少，可减轻环境负荷，是一种节能环保型水泥。
硫硅酸钙(C5S2$)矿物作为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中的一种中间过渡相，一直被认为是一种低水化活性甚至惰性的矿物，其形成温度范围为1050℃-1200℃。但实际上煅烧使硫硅酸钙能与水化过程中氢氧化铝离子反应产生钙矾石，提高水化活性，增强活性。
现有技术中，已有关于硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的报道，例如，申请号为201810069431.1的中国专利申请，公开了一种硫硅酸钙型磷硫铝酸盐水泥熟料的合成方法，采用二次煅烧工艺制备硫硅酸钙型磷硫铝酸盐水泥熟料，将一次煅烧后得到的磷硫铝酸盐水泥同石膏一起进行二次煅烧，把水泥中的C2S转化为硫硅酸钙。其不足在于初次煅烧温度高，二次煅烧程序复杂，能耗高，且会造成硫污染；申请号为201710400866.5的中国专利申请公开了一种硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的制备方法，将石灰石，磷石膏，粉煤灰，含铝土料等为主要原料在1050-1200℃下煅烧，利用磷石膏、氧化铝过量促进形成低温硫铝酸钙以及硫硅酸钙矿物的形成，但磷石膏分解一方面需要添加外加剂成本高，另一方面易产生硫污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，以克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高以及硫污染的问题，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：
一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料、钙质原料、铝质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按18.21-31.44:17.54-39.98:19.47-40.72:11.71-28.74的质量比配料，进行球磨，得到生料；
(2)将生料在3-5MPa下压方片，然后将方片在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后粉磨，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。
进一步，步骤(1)中，所述硅质原料为煤矸石、粉煤灰或钢渣中的任意一种，所述钙质原料为石灰石或电石渣，所述铝质原料为铝矾土或铝渣，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，期间每隔3h取出捣碎沉底料。
进一步，步骤(3)中，所述粉磨是指将产物研磨至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％。
进一步，步骤(3)中，所述二水石膏的用量占熟料重量的5-15％。
有益效果：本发明以工业废渣为主要原料制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥，一方面节约了成本，另一方面更有效的处理和利用了废渣，解决钢渣的长期废弃堆积成山的现状。本发明采用机械力化学的方法，降低了化学反应的难度，更高效地诱导了材料的组织、结构、性能发生变化，降低了硫铝酸盐水泥煅烧温度，比传统煅烧温度降低了100-250℃，能耗低，不会增加环境压力，绿色环保。
附图说明
图1为实施例1中的熟料的XRD图；
图2为实施例2中的熟料的XRD图；
图3为实施例3中的熟料的XRD图；
图4为实施例4中的熟料的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。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
一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(钢渣)、钙质原料(石灰石)、铝质原料(铝矾土)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按19.77:32.3:20.05:27.89的质量比配料，进行球磨(球料比4:1，转速150r/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3MPa下压方片，将方片在1000℃下煅烧，保温1h后，取出急冷，得到熟料(熟料的XRD图见图1)；
(3)将熟料与二水石膏(5％)混匀、粉磨至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，水灰比0.4，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。
实施例2
一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(煤矸石)、钙质原料(电石渣)、铝质原料(铝渣)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按19.58:30.99:22.33:27.10的质量比配料，进行球磨(球料比5:1，转速250r/min)，粉磨48h后(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；
(2)将生料在3MPa下压方片，然后将方片在1100℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，得到熟料(熟料的XRD图见图2)；
(3)将熟料与二水石膏(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，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。
实施例3
一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(煤矸石)、钙质原料(石灰石)、铝质原料(铝矾土)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按27.51:18.75:27.26:26.86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4MPa下压方片，将方片在1200℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，得到熟料(熟料的XRD图见图3)；
(3)将熟料与二水石膏(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，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。
实施例4
一种低温制备硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：
(1)将硅质原料(粉煤灰)、钙质原料(电石渣)、铝质原料(铝矾土)和工业石膏(脱硫石膏)分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按30.05:19.31:38.37:12.31的质量比配料，进行球磨(球料比6:1，转速350r/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5MPa下压方片，然后将方片在1200℃下煅烧，保温3h后，取出急冷，得到熟料(熟料的XRD图见图4)；
(3)将熟料与二水石膏(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，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。
对实施例1-4制得的硫硅酸钙-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硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥具有很好的抗折、抗压强度。
Claims (1)
1.一种低温制备硫硅酸钙-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、钙质原料、铝质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按18.21-31.44:17.54-39.98:19.47-40.72:11.71-28.74的质量比配料，进行球磨，得到生料；
（2）将生料在3-5MPa下压方片，然后将方片在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后粉磨，即得硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥；
步骤（1）中，所述硅质原料为煤矸石、粉煤灰或钢渣中的任意一种，所述钙质原料为石灰石或电石渣，所述铝质原料为铝矾土或铝渣，所述工业石膏为脱硫石膏；
步骤（1）中，所述球磨的参数：球料比为 4:1-6:1，公转转速 150-350 r /min，球磨时间24-72h，期间每隔3h取出捣碎沉底料；
步骤（3）中，所述粉磨是指将产物研磨至过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10%；
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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