CN112341014B - 一种缓凝熟料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥领域，特别涉及一种缓凝熟料及其制备方法。本发明所述缓凝熟料的生料原料由下列质量分数的各组分组成：石灰石，81.0‑93.0％；黏土，3.0‑15.0％；有色金属灰渣，1.0‑5.0％；萤石尾矿，1.5‑3.5％。其中，所述萤石尾矿中氟化钙的含量为15‑30％。本发明通过添加一定量的萤石尾矿，延长了熟料的初凝和终凝时间，实现了缓凝熟料的生产，从而能够满足特殊工程对缓凝水泥性能的要求；并且熟料的机械性能依然保持，因此在满足对水泥缓凝特性要求的同时，能够保证混凝土质量；同时萤石尾矿的有效利用，拓宽了萤石尾矿的利用途径，并减少了产废企业的堆放和外排放，符合绿色环保的需求。

Description

一种缓凝熟料及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥领域，特别涉及一种缓凝熟料及其制备方法。
背景技术
由于道路施工过程的工艺时间较长，根据施工要求水泥初凝时间要求较长，且施工季节通常在春夏季，气温高，水分蒸发迅速，水泥水化速度加快，混凝土很快失去流动性，会给施工带来困难或影响基层施工质量，所以要求混凝土有较长的工作时间，故延长水泥凝结时间就需要调整熟料的凝结时间。
现生产硅酸盐熟料普通硅酸盐初凝时间短在85-95分钟左右，用其熟料生产的水泥凝结时间短，一般在170-190分钟左右，同时水化热高、放热速度快，不适用于大体积混凝土工程、道路工程。为此需通过水泥中熟料的配方调整来延缓凝结时间，从而满足在道路工程等混凝土施工性能要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种缓凝熟料及其制备方法。所述缓凝熟料采用添加萤石尾矿的方法，有效延长熟料的凝结时间，并且实现了萤石尾矿的有效利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种缓凝熟料，所述熟料的生料原料由下列质量分数的各组分组成：
Figure BDA0002764248100000011
优选的，一种缓凝熟料，所述熟料的生料原料由下列质量分数的各组分组成：
Figure BDA0002764248100000012
优选的，所述熟料以质量分数计包括以下成分：
SiO2：21.3-22.5％，
AL2O3：4.6-5.3％，
Fe2O3：3.1-3.7％，
CaO：65-66.8％，
MgO：1-3％；
F-：0.19-0.28％。
优选的，所述熟料的矿物组成及对应的熟料率值包括以下成分：
KH：0.82-0.93％，
SM：2.4-2.8％，
IM：1.3-1.9％，
C3S：54-63％，
C2S：16-22％，
C3A：7.2-9.4％，
C4AF：8-11.7％。
优选的，所述萤石尾矿中氟化钙的含量为15-30％；更优选的，所述萤石尾矿以质量分数计包括以下成分：
Loss(烧失量)：8-12.5％，
CaF2：15-30％，
CaO：25-40％，
SiO2：20-25％，
AL2O3：4-6.5％，
Fe2O3：1-2％，
MgO：2-3％。
优选的，所述石灰石以质量分数计包括以下成分：
Loss：39.0-42.0％，
SiO2：3.0-7.8％，
AL2O3：0.5-1.6％，
Fe2O3：0.18-0.39％，
CaO：49.0-53.0％，
MgO：0.3-1.1％。
优选的，所述黏土为硅质校正材料，所述黏土以质量分数计包括以下成分：
Loss：4.0-8.5％，
SiO2：52.0-77.0％，
AL2O3：11.0-20.5％，
Fe2O3：3.0-5.5％，
CaO：1.5-6.9％，
MgO：0.5-3.1％。
优选的，所述有色金属灰渣为铁质校正材料，所述有色金属以质量分数计包括以下成分：
Loss：0-5.5％，
SiO2：20.0-32.6％，
AL2O3：2.0-8.2％，
Fe2O3：50.0-68.6％，
CaO：4.1-10.3％，
MgO：0.5-6.3％。
优选的，所述的生料原料混合后得到的混合生料以质量分数计包括以下成分：
Loss：34.8-35.9％，
SiO2：13.2-13.9％，
AL2O3：2.6-2.9％，
Fe2O3：2.1-2.3％，
CaO：43-44％，
MgO：0.4-1.4％。
本发明中通过添加萤石尾矿，能够延长熟料的缓凝时间，主要是因为萤石尾矿中含有一定量的氟化钙，氟化钙的添加导致氟的含量升高，并与其他组分协同作用，从而导致熟料凝结时间延长。
本发明的另一目的，是提供一种上述缓凝熟料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、黏土用破碎机分别进行破碎，其粒度要求30mm以下的物料不少于85％，石灰石、黏土破碎后通过输送设备分别输送到各自均化库进行贮存与均化；所述输送设备为常规设备，如皮带输送机；
(2)生料配料：将石灰石、黏土、有色金属灰渣、萤石尾矿通过计量设备按上述质量百分比进行配料：石灰石：81.0-93.0％，黏土：3.0-15.0％，有色金属灰渣：1.0-5.0％，萤石尾矿：1.5-3.5％；所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(3)生料制备：将步骤(2)配好的混合料通过输送设备送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18％得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述生料磨为常规生料磨，如管磨、立磨或辊压机等；
(4)煤粉制备：将烟煤通过输送设备送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12％得到煤粉，送入二只煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧，所述输送设备为常规输送设备，如罗茨风机，所述煤磨为常规煤磨，如管磨、立磨等；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料通过计量称、输送设备将其输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时在分解炉以及回转窑的窑头分别喷入烟煤经过煤磨粉磨后的煤粉参与煅烧，分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1350-1450℃；所述计量称为常规计量称，如冲板流量称、转子称等；
(6)熟料冷却：回转窑内熟料出回转窑后进入篦冷机进行冷却，得到缓凝熟料，冷却后熟料温度在90-180℃，冷却熟料出篦冷机后经过破碎后输送到熟料贮库。
优选的，所述步骤(5)中煤粉的总投料量以熟料质量计为2.0-4.0％，更优选的，煤粉的总投料量以熟料质量计为2.0-3.0％。
优选的，所述步骤(5)中煤粉以质量分数计包括以下成分：
SiO2：45.0-56.0％，
AL2O3：20.0-45.3％，
Fe2O3：2.6-6.8％，
CaO：2.5-7.3％，
MgO：0.5-3.5％。
优选的，所述步骤(4)的烟煤质量要求如下：
空气干燥基水份Mad：1.0-2.5％，
空气干燥基灰分Aad：15.0-24.5％，
空气干燥基挥发分Vad：24.0-31.3％，
空气干燥煤低位发热量Qnet.ad：21500-25000kJ/kg。
本发明是在原料中加入(金石资源集团浙江紫晶矿业有限公司)生产萤石矿加工过程中产生的废弃物萤石尾矿选矿粉末，其尾矿成份仍含有15-30％的氟化钙CaF2，并含有较多成份SiO2、CaO，氟化钙CaF2的加入以及和其他组分的协同作用使熟料具有缓凝作用，加入一定比例煅烧后，可有效延长熟料的凝结时间，熟料初凝时间由原来的85-95分钟延长到185-304分钟，终凝时间由原来的130-150分钟延长到237-387分钟，达到优化水泥性能的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)延长了熟料的初凝和终凝时间，实现了缓凝熟料的生产，从而能够满足特殊工程对缓凝水泥性能的要求；
(2)熟料的物理性能依然保持，因此在满足对水泥缓凝特性要求的同时，能够保证混凝土质量；
(3)萤石尾矿的有效利用，拓宽了萤石尾矿的利用途径，并减少了产废企业的堆放和外排放，符合绿色环保的需求。
注意事项：
(1)萤石尾矿的掺加量需要合适，并且要保持掺入量稳定，如萤石尾矿掺入过多熟料凝结时间会过长，掺入量过少则达不缓凝熟料生产的目的，熟料中氟控制在0.19-0.28％，萤石尾矿控制在2.0-3.5％效果较为优异。
(2)关注萤石尾矿的掺入对窑工况的影响，从试验过程来看，萤石尾矿掺量在3.5％以上，同时适当减少头煤用量，适当降低窑尾温且不超过1050℃，未对窑的工艺产生影响，但萤石尾矿的掺量在4.0％或以上窑内会出现结后圈现象，窑尾烟室有结皮现象，从而影响窑的正常生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明，需要知道的是，本发明所述的实施例仅为部分实施例，且各个组分的含量具有一定浮动的可能性，在浮动为常见的浮动范围内时，均能够实行本发明的技术方案并得到本发明的技术效果。
实施例1
一种缓凝熟料，其相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石，85％；
黏土，10％；
有色金属灰渣，2.5％；
萤石尾矿，2.5％。
其中，萤石尾矿为金石资源集团浙江紫晶矿业有限公司生产萤石矿加工过程中产生的废弃物萤石尾矿选矿粉末，具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
萤石尾矿质量情况
Figure BDA0002764248100000061
其他各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
Figure BDA0002764248100000062
所述熟料的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出，其中，煤粉掺入量为熟料质量的2.8％：
Figure BDA0002764248100000063
Figure BDA0002764248100000071
上述缓凝熟料的制备方法包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、黏土用破碎机分别进行破碎，其粒度要求30mm以下的物料不少于85％，石灰石、黏土破碎后通过输送设备分别输送到各自均化库进行贮存与均化；所述输送设备为常规设备，如皮带输送机；
(2)生料配料：将石灰石、黏土、有色金属灰渣、萤石尾矿通过计量设备按上述质量百分比进行配料；所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(3)生料制备：将第二步配好的混合料通过输送设备送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18％得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述生料磨为常规生料磨，如管磨、立磨或辊压机等；
(4)煤粉制备：烟煤通过输送设备送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12％得到煤粉，送入二只煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧，所述输送设备为常规输送设备，如罗茨风机，所述煤磨为常规煤磨，如管磨、立磨等；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料通过计量称、输送设备将其输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时在分解炉以及回转窑的窑头分别喷入煤粉参与煅烧，煤粉掺入量为熟料质量的2.8％，分解炉内分解温度为880℃，回转窑内烧成温度为1380℃；所述计量称为常规计量称，如冲板流量称、转子称等；
(6)熟料冷却：窑内熟料出回转窑后进入篦冷机进行冷却，得到缓凝熟料，冷却后熟料温度在120℃，冷却熟料出篦冷机后经过破碎后输送到熟料贮库。
本实施例得到的熟料按照GB/T176-2017《水泥化学分析方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》检测方法进行检测，其初凝时间为276min，终凝时间为351min，且其第3天和第28天的熟料抗压强度分别为30.8Mpa和58.4Mpa，与常规未添加萤石尾矿的水泥相比，初凝时间为90min，终凝时间为141min，第3天和第28天的熟料抗压强度分别为30.4Mpa和58.9Mpa，凝结时间有明显延长，抗压强度基本相同，证明本实施例中萤石尾矿的添加对熟料起到较为明显的缓凝作用，可以用于特殊领域，满足对于水泥熟料的特殊需求。
实施例2萤石尾矿加入量对于熟料缓凝时间的影响
一种缓凝熟料，其相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石，84.7％；
黏土，9.8％；
有色金属灰渣，2.5％；
萤石尾矿，3.0％。
其中，萤石尾矿的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
萤石尾矿质量情况
Figure BDA0002764248100000081
其他各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
Figure BDA0002764248100000082
Figure BDA0002764248100000091
上述缓凝熟料的制备方法基于实施例1的基础上进行部分条件的修改，修改内容为：步骤(5)的分解炉内分解温度为890℃，回转窑内烧成温度为1440℃，煤粉掺入量为熟料质量的2.2％；步骤(6)冷却后熟料温度在160℃。本实施例得到的熟料经检测，其初凝时间为285min，终凝时间为360min。
实施例3萤石尾矿加入量对于熟料缓凝时间的影响
一种缓凝熟料，其相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石，89.2％；
黏土，5.0％；
有色金属灰渣，3.6％；
萤石尾矿，2.2％。
其中，萤石尾矿的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
萤石尾矿质量情况
Figure BDA0002764248100000092
其他各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
Figure BDA0002764248100000093
上述缓凝熟料的制备方法基于实施例1的基础上进行部分条件的修改，修改内容为：步骤(5)的分解炉内分解温度为880℃，回转窑内烧成温度为1360℃；步骤(6)冷却后熟料温度在100℃。本实施例得到的熟料经检测，其初凝时间为220min，终凝时间为305min。
实施例4萤石尾矿加入量对于熟料缓凝时间的影响
一种缓凝熟料，其相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石，88.25％；
黏土，6.05％；
有色金属灰渣，3.2％；
萤石尾矿，2.5％。
其中，萤石尾矿的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
萤石尾矿质量情况
Figure BDA0002764248100000101
其他各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分恒量组分未列出：
Figure BDA0002764248100000102
上述缓凝熟料的制备方法基于实施例1的基础上进行部分条件的修改，修改内容为：步骤(5)的分解炉内分解温度为880℃，回转窑内烧成温度为1400℃，煤粉掺入量为熟料质量的2.4％；步骤(6)冷却后熟料温度在140℃。本实施例得到的熟料经检测，其初凝时间为254min，终凝时间为342min。
实施例5萤石尾矿加入量对于熟料缓凝时间的影响
改变萤石尾矿的加入量，其他原料参数和操作步骤与实施例1相同，对得到的熟料按照GB/T176-2017《水泥化学分析方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》检测方法进行检测，得到数据如下：
萤石尾矿加入量对缓凝时间的影响
Figure BDA0002764248100000111
由表中数据得知，萤石尾矿掺量在1.0％以内，对熟料凝结时间影响基本不大，萤石尾矿掺量在1.0％以上，随着萤石尾矿的加入量的增加，初凝时间和终凝时间有明显延长，当萤石尾矿的加入量为3.0％时，初凝时间延长至304min，终凝时间延长至387min，当萤石尾矿的加入量为4.0％时，初凝时间延长至412min，终凝时间延长至489min，而熟料抗压强度无明显变化，表明萤石尾矿的加入对于水泥熟料强度基本没有影响，但能够显著提升水泥熟料的缓凝时间，从而实现缓凝熟料的生产；同时为确保缓凝熟料的稳定生产，但萤石尾矿的掺量在4.0％或以上(熟料氟离子在0.38％或以上)窑内会出现结后圈现象，窑尾烟室有结皮现象，从而影响窑的正常生产，在缓凝熟料生产中熟料中氟离子控制在0.19-0.28％，萤石尾矿控制在2.0-3.5％较为合适。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种缓凝熟料，其特征在于，所述熟料的生料原料由下列质量分数的各组分组成：
石灰石 81.0-93.0%
黏土 3.0-15.0%
有色金属灰渣 1.0-5.0%
萤石尾矿 1.5-3.5%
其中，所述黏土为硅质校正材料，所述有色金属灰渣为铁质校正材料；
所述萤石尾矿以质量分数计包括以下成分：
Loss：8-12.5%，
CaF2：15-30%，
CaO：25-40%，
SiO2：20-25%，
AL2O3：4-6.5%，
Fe2O3：1-2%，
MgO：2-3%；
所述有色金属灰渣以质量分数计包括以下成分：
Loss：0-5.5%，
SiO2：20.0-32.6%，
AL2O3：2.0-8.2%，
Fe2O3：50.0-68.6%，
CaO：4.1-10.3%，
MgO：0.5-6.3%；
所述熟料的制备方法包括如下步骤：
（1）原料破碎：将石灰石、黏土分别进行破碎后输送到各自均化库进行贮存与均化；
（2）生料配料：将石灰石、黏土、有色金属灰渣、萤石尾矿按质量百分比进行配料：石灰石：81.0-93.0%，黏土：3.0-15.0%，有色金属灰渣：1.0-5.0%，萤石尾矿：1.5-3.5%；
（3）生料制备：将步骤（2）配好的混合生料送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18%得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；
（4）煤粉制备：将烟煤送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12%得到煤粉，送入煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧；
（5）熟料煅烧：将步骤（3）生料库内生料输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧，同时在分解炉以及回转窑的窑头喷入步骤（4）煤粉参与煅烧，分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1350-1450℃；
（6）熟料冷却：步骤（5）回转窑内熟料出回转窑后冷却，得到缓凝熟料；
其中，所述步骤（5）中煤粉的投料量以熟料质量计为2-4%。
2.根据权利要求1所述一种缓凝熟料，其特征在于，所述熟料的生料原料由下列质量分数的各组分组成：
石灰石 83.0-91.0%
黏土 4.5-12.5%
有色金属灰渣 1.5-3.5%
萤石尾矿 2.0-3.0%。
3.根据权利要求1所述一种缓凝熟料，其特征在于，所述石灰石以质量分数计包括以下成分：
Loss：39.0-42.0%，
SiO2：3.0-7.8%，
AL2O3：0.5-1.6%，
Fe2O3：0.18-0.39%，
CaO：49.0-53.0%，
MgO：0.3-1.1%。
4.根据权利要求1所述一种缓凝熟料，其特征在于，所述黏土以质量分数计包括以下成分：
Loss：4.0-8.5%，
SiO2：52.0-77.0%，
AL2O3：11.0-20.5%，
Fe2O3：3.0-5.5%，
CaO：1.5-6.9%，
MgO：0.5-3.1%。
5.一种权利要求1、3、4任一所述缓凝熟料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）原料破碎：将石灰石、黏土分别进行破碎后输送到各自均化库进行贮存与均化；
（2）生料配料：将石灰石、黏土、有色金属灰渣、萤石尾矿按质量百分比进行配料：石灰石：81.0-93.0%，黏土：3.0-15.0%，有色金属灰渣：1.0-5.0%，萤石尾矿：1.5-3.5%；
（3）生料制备：将步骤（2）配好的混合生料送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18%得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；
（4）煤粉制备：将烟煤送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12%得到煤粉，送入煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧；
（5）熟料煅烧：将步骤（3）生料库内生料输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧，同时在分解炉以及回转窑的窑头喷入步骤（4）煤粉参与煅烧，分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1350-1450℃；
（6）熟料冷却：步骤（5）回转窑内熟料出回转窑后冷却，得到缓凝熟料；
其中，所述步骤（5）中煤粉的投料量以熟料质量计为2-4%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中煤粉以质量分数计包括以下成分：
SiO2：45.0-56.0%，
AL2O3：20.0-45.3%，
Fe2O3：2.6-6.8%，
CaO：2.5-7.3%，
MgO：0.5-3.5%。
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