CN110078394A - 低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法 - Google Patents

低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低温制备硫硅酸钙‑贝利特‑硫铝酸盐水泥熟料的方法，属于建筑材料技术领域，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25.67‑39.31：18.4‑39.21：4.64‑20.53：16.4‑24.59的质量比配料并球磨24‑72h，得到生料；将生料压方片，再将方片在900‑1200℃下煅烧，保温1‑3h，取出急冷，然后粉磨，即得。本发明以工业废渣为主要原料，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，更高效地诱导了材料的组织、结构、性能发生变化，降低了硫硅酸钙‑贝利特‑硫铝酸盐水泥煅烧温度，能耗低，绿色环保。

Description

低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法。
技术背景
水泥作为三大建筑材料之首和城市化的支柱，虽促进着经济水平的提高，但带来了不可避免的环境污染及高能耗问题。
传统硅酸盐水泥是以石灰石、黏土及部分校正原料为主要原料，然后在1450℃下煅烧，形成硅酸三钙、铝酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸四钙。与硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥具有生产能耗低、早期强度高、抗冻性及耐久性好等特点，因而在冬季施工工程中得到广泛应用。贝利特即硅酸二钙(C2S)，通常占熟料20％左右，形成温度在1250℃左右，其所需钙质原料量减少，因此由CaCO3分解造成的能耗和CO2排放量也降低。硫铝酸钙(C4A3$)一般在1300℃就能形成，氧化钙的含量较低，硫铝酸钙水化能形成钙矾石(AFt)，是水泥强度来源，该矿物能提供较好的早期强度，能够快速硬化。硫硅酸钙(C5S2$)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-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料制备工艺方面的介绍，例如，申请号为201710213779.9的中国专利，介绍一种低温烧成贝利特-硫铝酸盐-硫铁铝酸盐-硫硅酸钙水泥熟料的方法，将废渣和石膏等原料，先在60-150℃恒温养护，再于1050-1200℃温度下煅烧，不使用石灰石，不会产生大量的二氧化碳，但是该方法前期需要进行水热处理，再经过煅烧，能耗高，步骤复杂；申请号为201610614229.3的中国专利，介绍一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法，含硅铝材料、石灰石及石膏原料按一定比例混合均匀后进行粉磨形成生料，将粉磨后的原料在煅烧温度1200-1300℃条件下煅烧20-40min，冷却后即得所述低碳水泥熟料，但该方法中煅烧温度高，会有少量硫酸盐分解，造成硫污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，以克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，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-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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25.67-39.31：18.4-39.21：4.64-20.53：16.4-24.59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，再将方片在900℃-1200℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷，然后粉磨，即得。
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(2)中，所述粉磨细度为颗粒过80μm方孔筛，筛余小于10％。
有益效果：本发明以工业废渣为主要原料，制备了一种硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料，一方面节约了原料成本，另一方面更有效的处理和利用了工业废渣。本发明将硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐结合起来，因为硫硅酸钙水化在2-7d内，可以大幅度提高硫铝酸盐水泥的中期强度，前期有硫铝酸钙矿物、后期有硅酸二钙矿物，这样该种水泥的前中后期强度都可以得到保证。本发明通过机械力化学的方法，降低了化学反应势垒，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。因此本发明是一种低碳、绿色的制备方法。
附图说明
图1为实施例1制得的水泥熟料的XRD图；
图2为实施例2制得的水泥熟料的XRD图；
图3为实施例3制得的水泥熟料的XRD图；
图4为实施例4制得的水泥熟料的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-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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28.29：39.15：9.05：23.05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)，得生料；
(2)将生料在3MPa下压方片，再将方片在1000℃下煅烧，保温1h后，取出急冷，然后粉磨至颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，即得硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料。
制得的水泥熟料的XRD图见图1。
实施例2
一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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27.67：37.04：12.72：22.57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，再将方片在1100℃下煅烧，保温2h后，取出急冷，然后粉磨至颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，即得硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料。
制得的水泥熟料的XRD图见图2。
实施例3
一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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38.75：19.72：19.78：22.29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，然后粉磨至颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，即得硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料。
制得的水泥熟料的XRD图见图3。
实施例4
一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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35.25：38.54：9.78：16.43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，将方片在1200℃下煅烧，保温3h后，取出急冷，然后粉磨至颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，即得硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料。
制得的水泥熟料的XRD图见图4。
将实施例1-4制得的水泥熟料分别与二水石膏混匀，水灰比0.4，制成四种硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥，然后进行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，采用本发明实施例的水泥熟料制成的水泥具有很好的抗折、抗压强度。

Claims (4)

1.一种低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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25.67-39.31：18.4-39.21：4.64-20.53：16.4-24.59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，再将方片在900℃-1200℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷，然后粉磨，即得。
2.如权利要求1所述低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，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，期间每隔3h取出捣碎沉底料。
4.如权利要求1或2或3所述低温制备硫硅酸钙-贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粉磨细度为颗粒过80μm方孔筛，筛余小于10％。
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