CN113200690B

CN113200690B - 一种含q相改性硫铝酸盐水泥及其制备方法

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Publication number: CN113200690B
Application number: CN202110434336.9A
Authority: CN
Inventors: 王守德; 颜景华; 杜鹏; 袁俊刚; 吴丰年; 程新
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: CN113200690A

Abstract

本发明属于水泥建材领域，具体涉及一种含Q相改性硫铝酸盐水泥及其制备方法。该水泥生料的主要有效成分包括：Al₂O₃:34～50%，CaO:35～60%，MgO:1.8～5.6%，SiO₂:2.5～8%，Fe₂O₃:2.8～8.2%，SO₃:6.2～13.4%，P₂O₅:0.58～3.6%，(RO+RO₂):0.5～5.8%。本发明较低温度下成功制备了含Q相改性硫铝酸盐水泥。本发明不仅能够大量消耗金矿尾砂等多种固废，而且还可以生产优质胶凝材料，产生经济效益，市场潜力巨大，具有重要的现实意义。

Description

一种含Q相改性硫铝酸盐水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于水泥建材领域，涉及固废资源化技术，具体涉及一种含Q相改性硫铝酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

自20世纪70年代我国发明硫铝酸盐水泥以来，因其快硬早强、水化产物致密性高、抗侵蚀等优异性能，得到了人们的高度关注。但在实际应用中发现其存在中后期强度增长缓慢的缺点。而含Q相改性硫铝酸盐水泥因硫铝酸钙改性和Q相的引入，具有比硫铝酸盐水泥更加优异的耐腐蚀、抗冻融、中后期强度稳定等优点。

目前，固体废弃物或低品位原料产量大，处理不当，不仅侵占大量土地资源，而且大多含有超标污染物质，严重威胁人民生命健康，制约经济的可持续发展。经研究分析可知，某些固体废弃物或中低品位原料的组合，例如金矿尾砂、磷石膏、赤泥和低品位铝矾土等，其基本化学组分可基本满足含Q相改性硫铝酸盐水泥生产要求，但固体废弃物的组成波动较大，同时含有较多杂质元素，它们的存在关系水泥规模化生产时的烧成温度范围，关系到水化活性低的中间性矿相钙黄长石是否消除，也关系到熟料的最终组成匹配。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明还提供一种利用多种固废配合中低品位原料，低碳生产含Q相改性硫铝酸盐水泥的制备方法，该方法具有工艺流程简单，大量消耗固废，并能够进行固废资源化工业生产的优点。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种含Q相改性硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述生料的主要有效成分包括：Al₂O₃:34～50%，CaO:35～60%，MgO:1.8～5.6%，SiO₂:2.5～8%，Fe₂O₃:2.8～8.2%，SO₃:6.2～13.4%，P₂O₅:0.58～3.6%，(RO+RO₂):0.5～5.8%；所述R为碱金属或碱土金属。

进一步的，所述生料包含0.20～0.60%的TiO₂。

本发明制备的含Q相改性硫铝酸盐水泥的熟料矿物组成为：C₄A₃$_1-xP_0.5x:65～85%（改性硫铝酸钙，P为P₂O₅，0<x<0.2），Q相:0.3～10%，C₄AF:10～20%，中间相:2～10%。

进一步的，所述的原料配比为：1.2～10.2份赤泥，5～13.5份金矿尾砂，50～78份高镁石灰石，2.3～9.5份磷石膏， 10～30份中低品位铝矾土。

本发明还提供了一种含Q相改性硫铝酸盐水泥制备方法，包括以下步骤：

a)按照配方将原料混合均匀，然后保温一段时间，得到半成品熟料粉末；

b)将磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，然后保温一段时间，得到含Q相改性硫铝酸盐水泥。

进一步的，步骤（a）中，所述保温为在1350~1380℃下保温60~180min。

进一步的，所述磷石膏的添加量为占半成品熟料粉末质量的5.3～11%。

进一步的，步骤（b）中，所述保温为在1150~1280℃下保温30~90min。

本发明所使用的中低品位铝矾土为铝含量53%以下，铝硅比为1~6的铝矾土。

本发明旨在利用多固废低碳制备含Q相磷硫铝酸盐水泥既是环保之选，又是效益之选，潜力巨大。

本发明的有益效果为：将目前利用程度很低的金矿尾砂、高镁石灰石、磷石膏、赤泥等多种固废，能够在富铁环境下，较低温度实现含Q相改性硫铝酸盐水泥的烧成，熟料中改性硫铝酸钙和大量铁相的存在，赋予材料良好的粘结力和抗磨、抗冲刷性，可用于海洋工程或修补工程。本发明不仅能够大量消耗金矿尾砂等多种固废，而且还可以生产优质胶凝材料，产生经济效益，随着环保意识日趋重视，市场潜力巨大，具有重要的现实意义。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种含Q相改性硫铝酸盐水泥生料的主要有效成分组成为：Al₂O₃:40.8%，CaO:36.2%，MgO:1.8%，SiO₂:2.7%，Fe₂O₃:2.98%，SO₃:12.1%，P₂O₅:0.58%，K₂O:1.24%，Na₂O:1.27%，TiO₂:0.33%。

具体制备方法如下：

按照配方混合均匀，在1350℃下保温60min得到半成品；将相当于其质量的6.8%磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，在1250℃下保温60min。制备的熟料凝结时间与力学性能如表1所示。

实施例2

一种含Q相改性硫铝酸盐水泥生料的主要有效成分组成为：Al₂O₃:41.7%，CaO:37.1%，MgO:2.2%，SiO₂:2.8%，Fe₂O₃:3.5%，SO₃:7.6%，P₂O₅:1.9%，K₂O:1.34%，Na₂O:1.45%，TiO₂:0.41%。

具体制备方法如下：

按照配方混合均匀，在1360℃下保温120min得到半成品；将相当于其质量的5.6%磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，在1200℃下保温90min。制备的熟料凝结时间与力学性能如表1所示。

实施例3

一种含Q相改性硫铝酸盐水泥生料的主要有效成分组成为：Al₂O₃:39.2%，CaO:38.4%，MgO:1.8%，SiO₂:2.6%，Fe₂O₃:2.98%，SO₃:10.7%，P₂O₅:2.2%，K₂O:0.87%，Na₂O:1.03%，TiO₂:0.22%。

具体制备方法如下：

按照配方混合均匀，在1370℃下保温120min得到半成品；将相当于其质量的5.6%磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，在1250℃下保温60min。制备的熟料凝结时间与力学性能如表1所示。

实施例4

一种含Q相改性硫铝酸盐水泥生料的主要有效成分组成为：Al₂O₃:37.8%，CaO:40.3%，MgO:3.2%，SiO₂:3.1%，Fe₂O₃:4.2%，SO₃:6.4%，P₂O₅:1.2%，K₂O:1.53%，Na₂O:1.69%，TiO₂:0.58%。

具体制备方法如下：

按照配方混合均匀，在1350℃下保温90min得到半成品；将相当于其质量的6.8%磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，在1200℃下保温45min。制备的熟料凝结时间与力学性能如表1所示。

对比例1

市售普通硫铝酸盐水泥，其生料化学组成百分比含量为：CaO:49.5%,Al₂O₃:23.17%,SiO₂:8.51%,SO₃:14.91%,Fe₂O₃:1.97%,Na₂O:1.57%, K₂O:0.37%。

表1水泥熟料凝结时间与力学性能

从将上述实例看出含含Q相改性硫铝酸盐水泥的力学性能比硫酸盐水泥性能优异，并且对上述实施例均做危险元素浸出实验测试，结果显示符合国家标准规定。

Claims

1.一种含Q相改性硫铝酸盐水泥，其特征在于，生料的主要有效成分包括：Al₂O₃:34～50%，CaO:35～60%，MgO:1.8～5.6%，SiO₂:2.5～8%，Fe₂O₃:2.8～8.2%，SO₃:6.2～13.4%，P₂O₅:0.58～3.6%，(RO+RO₂):0.5～5.8%；所述R为碱金属或碱土金属；

所述含Q相改性硫铝酸盐水泥的熟料矿物组成为：C₄A₃$_1-xP_0.5x:65～85%（改性硫铝酸钙，P为P₂O₅，0<x<0.2），Q相:0.3～10%，C₄AF:10～20%，中间相:2～10%；

原料配比为：1.2～10.2份赤泥，5～13.5份金矿尾砂，50～78份高镁石灰石，2.3～9.5份磷石膏， 10～30份中低品位铝矾土。

2.根据权利要求1所述的含Q相改性硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述生料包含0.20～0.60%的TiO₂。

3.一种如权利要求1或2所述的含Q相改性硫铝酸盐水泥制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

b)将磷石膏同半成品熟料粉末混合均匀，然后保温一段时间，得到含Q相改性硫铝酸盐水泥；

步骤（a）中，所述保温为在1350~1380℃下保温60~180min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷石膏的添加量为占半成品熟料粉末质量的5.3～11%。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（b）中，所述保温为在1150~1280℃下保温30~90min。