CN112194393B - 一种硅酸盐水泥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤气化渣利用技术领域，公开了一种硅酸盐水泥的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50‑80℃下进行干燥；(2)将芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣混合，粉磨后过50‑80目筛网，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5‑1.5:3‑10:2‑5:10；(3)在1000‑1100℃下煅烧3‑5小时，然后在1200‑1300℃下煅烧0.5‑1小时，冷却；(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏混合，粉磨至比表面积大于400m2/kg，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1‑3:2‑4:1。本发明制备的硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度。

Description

一种硅酸盐水泥的制备方法
技术领域
本发明涉及煤气化渣利用技术领域，具体涉及一种硅酸盐水泥的制备方法。
背景技术
随着我国工业经济的高速发展，基于我国“富煤贫油少气”的一次能源结构特征，以合成、制取各种化工产品和燃料油为主的煤化工产业得到迅猛发展。其中含有较多未燃尽的煤，直接堆存排放不仅占用大量土地、导致环境污染和地质灾害的风险，而且造成了煤炭资源的浪费。目前煤气化灰渣除填埋或者露天堆放外，还用作路基和矿山回填等简单应用，其次是用作水泥生料，其它如用作陶瓷原料的应用掺量少，处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣，研究利用煤气化渣制备硅酸盐水泥工艺，对环境保护和煤化工业的可持续发展有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣的问题，提供一种硅酸盐水泥的制备方法，该方法以煤气化渣为原料制备硅酸盐水泥，不仅能够有效地消纳煤气化渣，减少环境污染，而且能将煤气化渣低成本地转化为有用的水泥材料，兼具良好的经济与社会效益。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种硅酸盐水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50-80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于25重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50-80目筛网进行筛分，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5-1.5:3-10:2-5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30-65重量％的SiO2、15-30重量％的Al2O3、10-20重量％的Fe2O3、6-12重量％的CaO、4-8重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1000-1100℃下煅烧3-5小时，然后在1200-1300℃下煅烧0.5-1小时，冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积大于400m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1-3:2-4:1。
优选地，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60-70℃下进行干燥。
优选地，在1000℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量为25-35重量％，所述硅砂中SiO2的含量为60-80重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量为99-99.5重量％。
优选地，在步骤(2)中，筛分的筛余量不大于8％。
优选地，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为1-4:1。
优选地，在步骤(3)中，将混合粉体在1020-1050℃下煅烧3.5-4小时。
优选地，在步骤(3)中，所述冷却的方式为在空气中自然冷却。
优选地，在步骤(4)中，所述石膏为二水石膏。
优选地，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-650m2/kg。
本发明另一方面提供了一种前文所述的方法制备的硅酸盐水泥。
本发明所述的方法以煤气化渣为原料制备硅酸盐水泥，不仅能够有效地消纳煤气化渣，减少环境污染，而且能将煤气化渣低成本地转化为有用的水泥材料，兼具良好的经济与社会效益。同时，本发明制备的硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度，力学性能较好。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明所述的硅酸盐水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50-80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于25重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50-80目筛网进行筛分，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5-1.5:3-10:2-5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30-65重量％的SiO2、15-30重量％的Al2O3、10-20重量％的Fe2O3、6-12重量％的CaO、4-8重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1000-1100℃下煅烧3-5小时，然后在1200-1300℃下煅烧0.5-1小时，冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积大于400m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1-3:2-4:1。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，可以将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃下进行干燥。
在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60-70℃下进行干燥。
在另一种优选实施方式中，在步骤(1)中，在1000℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量为25-35重量％，所述硅砂中SiO2的含量为60-80重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量为99-99.5重量％。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，可以将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣粉磨后过50目、55目、60目、65目、70目、75目或80目筛网进行筛分。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，筛分的筛余量不大于8％；优选地，筛分的筛余量不大于7％；更为优选地，筛分的筛余量不大于5％。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为1-4:1；具体地，例如可以为1:1、2:1、3:1、4:1以及这些点值中任意两个所构成范围中的任意值；优选地，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为2-3:1。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，可以将混合粉体在1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃或1000℃下煅烧3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时。
优选情况下，在步骤(3)中，将混合粉体在1020-1050℃下煅烧3.5-4小时。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述冷却的方式可以为本领域的常规选择。优选情况下，所述冷却的方式为在空气中自然冷却。
在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述石膏可以为本领域的常规选择，例如可以为无水石膏、半水石膏或二水石膏。优选情况下，所述石膏为二水石膏。
在本发明所述的方法中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏粉磨至比表面积大于400m2/kg；优选地，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏粉磨至比表面积大于420m2/kg；更为优选地，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-650m2/kg。
本发明另一方面提供了一种前文所述的方法制备的硅酸盐水泥。该硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度，力学性能较好。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
本发明实施例和对比例用于说明硅酸盐水泥的制备过程。
实施例1
具体制备过程包括以下步骤：
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于25重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过65目筛网进行筛分，筛余量不大于8％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1:6.5:3:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有48重量％的SiO2、25重量％的Al2O3、10重量％的Fe2O3、12重量％的CaO、5重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1050℃下煅烧3小时，然后在1300℃下煅烧1小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为420-500m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为2:4:1。
实施例2
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于28重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于65重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99.3重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过80目筛网进行筛分，筛余量不大于5％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5:10:5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有60重量％的SiO2、15重量％的Al2O3、12重量％的Fe2O3、6重量％的CaO、7重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1000℃下煅烧4小时，然后在1250℃下煅烧0.5小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-550m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为3:2:1。
实施例3
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于26重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于63重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99.5重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50目筛网进行筛分，筛余量不大于5％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1.5:3:2:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30重量％的SiO2、30重量％的Al2O3、20重量％的Fe2O3、12重量％的CaO、8重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1100℃下煅烧5小时，然后在1200℃下煅烧1小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为500-600m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1:3:1。
实施例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在70℃下进行干燥。
实施例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣粉磨后过75目筛网进行筛分。
实施例6
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1.2:5:4:10。
实施例7
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在1020℃下煅烧3.5小时，然后在1300℃下煅烧1小时。
实施例8
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在1050℃下煅烧3小时，然后在1280℃下煅烧1小时。
实施例9
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为600-700m2/kg。
实施例10
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(4)中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为2.5:2.5:1。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在100℃下进行干燥。
对比例2
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣粉磨后过40目筛网进行筛分。
对比例3
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为2:6.5:3:10。
对比例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在900℃下煅烧3小时，然后在1300℃下煅烧1小时。
对比例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在1050℃下煅烧3小时，然后在1100℃下煅烧1小时。
对比例6
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为300-350m2/kg。
对比例7
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(4)中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为4:4:1。
测试例
按照GB/T 17671-1999标准测定实施例1-10和对比例1-7中制备的硅酸盐水泥强度性能，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002675793880000091
Figure BDA0002675793880000101
通过表1的结果可以看出，采用本发明所述的方法制备的硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度，力学性能较好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50-80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量不小于25重量％，所述硅砂中SiO2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量不小于99重量％；
(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50-80目筛网进行筛分，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5-1.5:3-10:2-5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30-65重量％的SiO2、15-30重量％的Al2O3、10-20重量％的Fe2O3、6-12重量％的CaO、4-8重量％的MgO；
(3)将混合粉体在1000-1100℃下煅烧3-5小时，然后在1200-1300℃下煅烧0.5-1小时，冷却后得到煅烧混合料；
(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积大于400m2/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1-3:2-4:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60-70℃下进行干燥。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在1000℃下煅烧后，所述芒硝矿中Na2SO4的含量为25-35重量％，所述硅砂中SiO2的含量为60-80重量％，所述铝土矿中Al2O3的含量为99-99.5重量％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，筛分的筛余量不大于8％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为1-4:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，将混合粉体在1020-1050℃下煅烧3.5-4小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冷却的方式为在空气中自然冷却。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述石膏为二水石膏。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-650m2/kg。
10.权利要求1-9中任意一项所述的方法制备的硅酸盐水泥。
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