CN111499232A - 大掺量工业固废复合硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了大掺量工业固废复合硅酸盐水泥及其制备方法，它是由下述重量份的原料制成：水泥熟料85‑115份、改性脱硫灰5‑6份、助磨剂0.05~0.1份；所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95‑95.9份、煤灰4.1‑5份；所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：电石渣42.5~45份、铁尾矿15~17份、粉煤灰5~6份、石灰石35~40份、铁矿粉2份。本发明充分利用电石渣、铁尾矿、脱硫灰等工业固废，实现了大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制造，解决了电石渣、铁尾矿、脱硫灰等工业固废占用大量土地资源并造成严重的环境污染问题，提高了工业固废利用率。

Description

大掺量工业固废复合硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料，特别是涉及一种大掺量工业固废复合硅酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
近年来，基于节约土地和环保需要，人们积极开展利用各类尾矿或冶炼废渣替代黏土或含铁物料参与烧制水泥熟料的试验研究，取得了众多的研究成果。有些已成功的应用到水泥生产实践。据统计，我国每年仍有超过5亿t尾矿继续排放。其中硅质固废如铁尾矿、石英砂尾矿、石墨尾矿和粉煤灰等大量固体废物排放占用宝贵的土地资源，并造成严重的环境污染，生态环境恶化。同时尾矿也是潜在的二次资源，目前我国尾矿的利用率很低，只有8.2%，如何有效地利用固废成为待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种大掺量工业固废复合硅酸盐水泥及其制备方法，该硅酸盐水泥综合利用多种固废、代替部分水泥生料原料和石膏，并且该水泥强度等级达到国家标准的材料。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案如下：
大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，是由下述重量份的原料制成：水泥熟料 85-115份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.05~0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95-95.9份、煤灰4.1-5份；
进一步地，所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣42.5~45份、铁尾矿15~17份、粉煤灰5~6份、石灰石35~40份、铁矿粉2份。
所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，是由下述重量份的原料制成：水泥熟料100份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95.44份、煤灰4.56份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣42.5份、铁尾矿15.5份、粉煤灰5份、石灰石35份、铁矿粉2份。
进一步地，所述电石渣由电石-乙炔工艺生产PVC树脂过程中排出，电石渣为压滤后的电石渣。
进一步地，所述电石渣采用机械分离法进行固液分离，压滤后电石渣含水量为30~40%。
进一步地，所述改性脱硫灰为电厂在烟气脱硫处理时作适当的温度和工艺控制，促使脱硫灰中的亚硫酸钙(CaSO3)氧化成硫酸钙(CaSO4)的物质。
进一步地，所述助磨剂为硬脂酸钠或三乙醇胺。
所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
①将所述重量份的石灰石和铁尾矿破碎，破碎后送入配料站；
②将步骤①制得的石灰石、铁尾矿与所述重量份的电石渣、粉煤灰和铁矿粉采用湿法粉磨工艺进行粉磨：将原料按各自重量份送入球磨机中，同时加水进行湿磨，然后将料浆泵入料浆库留以备用，接着对料浆库内的料浆进行均匀搅拌，搅拌完成后将料浆泵入压滤机进行脱水，脱水后控制滤饼含水量为20~30%；然后将滤饼送入烘干破碎机内进行进一步烘干和粉磨，烘干打散后生料粉含水量控制在1~3%；
③将生料粉送入NGF型生料均化库，生料经过均化处理后开始煅烧生料；
④煅烧阶段生料依次经过预热器、分解炉和回转窑，预热器利用分解炉和回转窑排出的余热为生料加热，使生料预热及生料中部分氢氧化钙和碳酸盐分解，分解炉将原来在回转窑内的分解任务移到自己内部进行，对生料继续加热，分解炉出口温度控制在860℃左右，出口负压在-800Pa左右，然后将料送入回转窑内继续煅烧，窑温1000~1450℃，窑转速控制在3.97r/min，回转窑尾负压控制在-100Pa左右，从篦冷机经三次风管进入分解炉的三次风温度控制在830℃左右，从篦冷机直接进入回转窑内，且从窑头向窑尾方向的二次风温度控制1050℃左右，由鼓风机从空气中直接进窑系统，一次风把所述重量份煤灰带入窑内起到助燃作用，最后经篦冷机冷却后制得水泥熟料，并置于熟料库内；
⑤将步骤④制备的水泥熟料与所述重量份的改性脱硫灰按比例配制，加入所述重量份的助磨剂，研磨完成后即制得本水泥。
进一步地，所述步骤③生料均化处理包括有两次均化：第一次为生料在向中心混合室轮流循环进料时，在外环区锥体孔洞上方依次出现多个径向漏斗，由此产生重力径向混合；第二次为生料进入中心混合室内，在减压锥的作用下被强烈气流搅拌，使生料进行又一次充分的均化混合。
本发明所具有的优点及有益效果是：
1.本发明大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法是在将电石渣进行压滤处理的同时将其他生料破碎处理，然后按各自比例进行研磨，接着将生料置于回转窑内煅烧得到水泥熟料，然后将水泥熟料与改性脱硫共同磨细后制得复合硅酸盐水泥。本发明采用大量固废通过校正配比，完全替代了硅质和铝质原料，部分替代了钙质原料和铁质原料，并在最后熟料粉磨阶段时用改性脱硫灰完全代替了天然石膏，既节约了成本，又利用了固废。且生产的复合硅酸盐水泥在28d至少可达到PO32.5的标准。由于充分利用电石渣、铁尾矿、脱硫灰等工业固废，实现了大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制造，解决了电石渣、铁尾矿、脱硫灰等工业固废占用大量土地资源并造成严重的环境污染问题，提高了工业固废利用率。
2.本发明大掺量工业固废复合硅酸盐水泥中的电石渣氧化钙含量比石灰石高，故电石渣掺量为40%时即可代替50%左右的石灰石，同时利用铁尾矿二氧化硅含量高，用其代替全部粘土，并通过少量的铁粉校正原料，使得本发明可生产至少为PO32.5等级标准的复合硅酸盐水泥。
3.本发明大掺量工业固废复合硅酸盐水泥在制备过程中添加了硬脂酸钠或三乙醇胺助磨剂，其添加量可以改善水泥性能，也可使工业固废在参与水泥水化反应中更早地起到胶凝作用。
4.本发明大掺量工业固废复合硅酸盐水泥在水泥熟料研磨阶段使用改性脱硫灰代替了全部石膏，极大的节省了石膏资源，同时节约了成本，带来良好的企业效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述：
实施例1：
本实施例大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，是由下述重量份的原料制成：水泥熟料100份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95.44份、煤灰4.56份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣42.5份、铁尾矿15.5份、粉煤灰5份、石灰石35份、铁矿粉2份。
所述电石渣由电石-乙炔工艺生产PVC树脂过程中排出，其含水量约为60~80%；由于本电石渣含水量较高，故需对其进行固液分离，才能保证生料浆水分复合规定和生料中电石渣配比不过低，原料中掺入的电石渣为压滤后的电石渣。所述电石渣采用机械分离法进行固液分离，即使用压滤机对其进行压滤，压滤后电石渣含水量为30~40%。电石渣在煅烧过程的分解情况为在435-480℃的温度范围内时，电石渣中的氢氧化钙分解失水形成氧化钙。在630-770℃的温度范围内时，电石渣中的碳酸钙分解失去二氧化碳生成氧化钙。远比石灰石分解温度低，对应热耗低，原料成本低。
所述改性脱硫灰为电厂在烟气脱硫处理时作适当的温度和工艺控制，促使脱硫灰中的亚硫酸钙(CaSO3)氧化成硫酸钙(CaSO4)的物质。
所述助磨剂为硬脂酸钠或三乙醇胺，研磨时脱硫灰由于适当的掺加量，可使铝酸三钙生成溶解度极小的水化硫铝酸钙即钙钒石（AFt），避免水泥出现快凝现象。
所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
①使用锤式破碎机将所述重量份的石灰石和铁尾矿破碎，破碎后送入配料站，破碎后粒径控制在30mm以内。
②将步骤①制得的石灰石、铁尾矿与所述重量份的电石渣、粉煤灰和铁矿粉采用湿法粉磨工艺进行粉磨：将原料按各自重量份送入球磨机中，同时加水进行湿磨，然后将料浆泵入料浆库留以备用，接着对料浆库内的料浆进行均匀搅拌，搅拌完成后将料浆泵入压滤机进行脱水，脱水后控制滤饼含水量为20~30%；然后将滤饼送入烘干破碎机内进行进一步烘干和粉磨，烘干打散后生料粉含水量控制在1~3%。
③将生料粉送入NGF型生料均化库，生料经过均化处理后开始煅烧生料；
④煅烧阶段生料依次经过预热器、分解炉和回转窑，预热器利用分解炉和回转窑排出的余热为生料加热，使生料预热及部分氢氧化钙和碳酸盐分解，分解炉将原来在回转窑内的分解任务移到自己内部进行，对生料继续加热，分解炉出口温度控制在860℃，出口负压在-800Pa，然后将料送入回转窑内继续煅烧，窑温1200℃，窑转速控制在3.97r/min，回转窑尾负压控制在-100Pa，从篦冷机经三次风管进入分解炉的三次风温度控制在830℃，从篦冷机直接进入回转窑内，且从窑头向窑尾方向的二次风温度控制1050℃，由鼓风机从空气中直接进窑系统，一次风把所述重量份煤灰带入窑内起到助燃左右，最后经篦冷机冷却后制得水泥熟料，并置于熟料库内。
⑤将步骤④制备的水泥熟料与所述重量份的改性脱硫灰按配制，加入所述重量份的助磨剂，研磨完成后即制得本水泥。
所述步骤③生料均化处理包括有两次均化：第一次为生料在向中心混合室轮流循环进料时，在外环区锥体孔洞上方依次出现多个径向漏斗，由此产生重力径向混合；第二次为生料进入中心混合室内，在减压锥的作用下被强烈气流搅拌，使生料进行又一次充分的均化混合。水泥熟料在回转窑内煅烧时，窑头煤与窑尾煤的比例为1:(1±0.1)。
本实施例中各原料的化学成分重量份数以及单独的烧矢量如表1所示（%）：
表1：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
其中，水泥干生料化学成分如表2所示（%）：
表2：
Figure RE-959439DEST_PATH_IMAGE002
其中，水泥熟料化学成分如表3计算后所示（%）：
表3：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE003
计算熟料率值：
KH=
Figure RE-938896DEST_PATH_IMAGE004
=0.8823
SM=
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE005
=2.1385
IM=
Figure RE-266103DEST_PATH_IMAGE006
=1.2962
其中，要求熟料的三个率值为：KH=0.89±0.01、SM=2.1±0.1、IM=1.3±0.1。利用本实施例制造生产的复合硅酸盐水泥在28d至少可达到PO32.5的标准。
实施例2：
本实施例大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，是由下述重量份的原料制成：水泥熟料 85份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.05份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95份、煤灰5份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣45份、铁尾矿15份、粉煤灰5份、石灰石36份、铁矿粉2份。其余同实施例1。
本实施例大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法与实施例1的制备方法的区别仅在于步骤④不同，本实施例中：煅烧阶段生料依次经过预热器、分解炉和回转窑，预热器利用分解炉和回转窑排出的余热为生料加热，使生料预热及部分氢氧化钙和碳酸盐分解，分解炉将原来在回转窑内的分解任务移到自己内部进行，对生料继续加热，分解炉出口温度控制在850℃，出口负压在-790Pa，然后将料送入回转窑内继续煅烧，窑温1000℃，窑转速控制在3.97r/min，回转窑尾负压控制在-90Pa，从篦冷机经三次风管进入分解炉的三次风温度控制在820℃，从篦冷机直接进入回转窑内，且从窑头向窑尾方向的二次风温度控制1040℃，由鼓风机从空气中直接进窑系统，一次风把所述重量份的煤灰带入窑内起到助燃左右，最后经篦冷机冷却后制得水泥熟料，并置于熟料库内；其余同实施例1。
其中，各原料的化学成分的重量份数以及单独的烧矢量如表4所示（%）：
表4：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE007
其中，水泥干生料化学成分如表5所示（%）：
表5：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
其中，水泥熟料化学成分如表6计算后所示（%）：
表6：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE009
计算熟料率值：
KH=
Figure RE-831951DEST_PATH_IMAGE004
=0.9134
SM=
Figure RE-177482DEST_PATH_IMAGE005
=2.1105
IM=
Figure RE-281835DEST_PATH_IMAGE006
=1.3050
其中，要求熟料的三个率值为：KH=0.91±0.1、SM=2.1±0.1、IM=1.3±0.1。利用本实施例制造生产的复合硅酸盐水泥在28d至少可达到PO32.5的标准。
实施例3：
本实施例大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，是由下述重量份的原料制成：水泥熟料115份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95.9份、煤灰4. 1份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣43份、铁尾矿17份、粉煤灰6份、石灰石40份、铁矿粉2份。其余同实施例1。
本实施例大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法与实施例1的制备方法的区别仅在于步骤④不同，本实施例中：煅烧阶段生料依次经过预热器、分解炉和回转窑，预热器利用分解炉和回转窑排出的余热为生料加热，使生料预热及部分氢氧化钙和碳酸盐分解，分解炉将原来在回转窑内的分解任务移到自己内部进行，对生料继续加热，分解炉出口温度控制在870℃，出口负压在-810Pa，然后将料送入回转窑内继续煅烧，窑温1450℃，窑转速控制在3.97r/min，回转窑尾负压控制在-110Pa，从篦冷机经三次风管进入分解炉的三次风温度控制在840℃，从篦冷机直接进入回转窑内，且从窑头向窑尾方向的二次风温度控制1060℃，由鼓风机从空气中直接进窑系统，一次风把煤灰带入窑内起到助燃左右，最后经篦冷机冷却后制得水泥熟料，并置于熟料库内；其余同实施例1。
本实施例中，各原料的重量份数以及单独的烧矢量如表7所示（%）：
表7：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE010
其中，水泥干生料化学成分如表8所示（%）：
表8：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE011
其中，水泥熟料化学成分如表9计算后所示（%）：
表9：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE012
计算熟料率值：
KH=
Figure RE-925700DEST_PATH_IMAGE004
=0.86
SM=
Figure RE-655758DEST_PATH_IMAGE005
=2.1321
IM=
Figure RE-855796DEST_PATH_IMAGE006
=1.3199
其中，要求熟料的三个率值为：KH=0.87±0.01、SM=2.2±0.1、IM=1.3±0.1。利用本实施例制造生产的复合硅酸盐水泥在28d至少可达到PO32.5的标准。

Claims (8)

1.大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于是由下述重量份的原料制成：水泥熟料 85-115份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.05~0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95-95.9份、煤灰4.1-5份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣42.5~45份、铁尾矿15~17份、粉煤灰5~6份、石灰石35~40份、铁矿粉2份。
2.根据权利要求1所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于是由下述重量份的原料制成：水泥熟料 100份、改性脱硫灰5份、助磨剂0.1份；
所述水泥熟料是由下述重量份的原料制成：灼烧后的水泥生料95.44份、煤灰4.56份；
所述水泥生料是由下述重量份的原料制成：
电石渣42.5份、铁尾矿15.5份、粉煤灰5份、石灰石35份、铁矿粉2份。
3.根据权利要求1或2所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于：所述电石渣由电石-乙炔工艺生产PVC树脂过程中排出，电石渣为压滤后的电石渣。
4.根据权利要求3所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于：所述电石渣采用机械分离法进行固液分离，压滤后电石渣含水量为30~40%。
5.根据权利要求1或2所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于：所述改性脱硫灰为电厂在烟气脱硫处理时作适当的温度和工艺控制，促使脱硫灰中的亚硫酸钙(CaSO3)氧化成硫酸钙(CaSO4)的物质。
6.根据权利要求1或2所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥，其特征在于：所述助磨剂为硬脂酸钠或三乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①将所述重量份的石灰石和铁尾矿破碎，破碎后送入配料站；
②将步骤①制得的石灰石、铁尾矿与所述重量份的电石渣、粉煤灰和铁矿粉采用湿法粉磨工艺进行粉磨：将原料按各自重量份送入球磨机中，同时加水进行湿磨，然后将料浆泵入料浆库留以备用，接着对料浆库内的料浆进行均匀搅拌，搅拌完成后将料浆泵入压滤机进行脱水，脱水后控制滤饼含水量为20~30%；然后将滤饼送入烘干破碎机内进行进一步烘干和粉磨，烘干打散后生料粉含水量控制在1~3%；
③将生料粉送入NGF型生料均化库，生料经过均化处理后开始煅烧生料；
④煅烧阶段生料依次经过预热器、分解炉和回转窑，预热器利用分解炉和回转窑排出的余热为生料加热，使生料预热及生料中部分氢氧化钙和碳酸盐分解，分解炉将原来在回转窑内的分解任务移到自己内部进行，对生料继续加热，分解炉出口温度控制在860℃左右，出口负压在-800Pa左右，然后将料送入回转窑内继续煅烧，窑温1000~1450℃，窑转速控制在3.97r/min，回转窑尾负压控制在-100Pa左右，从篦冷机经三次风管进入分解炉的三次风温度控制在830℃左右，从篦冷机直接进入回转窑内，且从窑头向窑尾方向的二次风温度控制1050℃左右，由鼓风机从空气中直接进窑系统，一次风把所述重量份煤灰带入窑内起到助燃作用，最后经篦冷机冷却后制得水泥熟料，并置于熟料库内；
⑤将步骤④制备的水泥熟料与所述重量份的改性脱硫灰按比例配制，加入所述重量份的助磨剂，研磨完成后即制得本水泥。
8.根据权利要求7所述的一种大掺量工业固废复合硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于所述步骤③生料均化处理包括有两次均化：第一次为生料在向中心混合室轮流循环进料时，在外环区锥体孔洞上方依次出现多个径向漏斗，由此产生重力径向混合；第二次为生料进入中心混合室内，在减压锥的作用下被强烈气流搅拌，使生料进行又一次充分的均化混合。
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