CN113493317B - 一种多固废制备硅酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多固废制备硅酸盐水泥熟料及其制备方法，属于污水深度处理技术领域。所述该多固废制备硅酸盐水泥熟料的组成包括碱渣、钢渣、铁尾矿和硅质矫正料石英砂尾矿。所述多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：（1）将原料分别破碎，得到原料的研磨颗粒；（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后按一定的质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨；（3）将步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧；（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。本发明利用碱渣和钢渣替代石灰石作为钙质原料，并利用铁尾矿替代黏土作为原料，极大程度的降低了碱渣中碳酸钙的分解温度，节约了成本和资源。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料制备技术领域，特别是一种多固废制备硅酸盐水泥熟料及其制备方法。
背景技术
城市空气污染造成的损失主要包括：室外与室内空气污染造成的健康损失（尤其是慢性支气管炎）、酸沉降引起的作物与森林的损失、材料腐蚀、颗粒物中高的铅含量导致儿童的神经系统损伤与智力下降。
大气污染源可分为自然的和人为的两大类。自然污染源是由于自然原因（如火山爆发，森林火灾等）而形成，人为污染源是由于人们从事生产和生活活动而形成。在人为污染源中，又可分为固定的（如烟囱、工业排气筒）和移动的（如汽车、火车、飞机、轮船）两种。由于人为污染源普遍存在，所以比起自然污染源来更为人们所密切关注。
按照我国《环境空气质量标准》的规定，每天监测和发布的主要有三项空气污染物指标：可吸入颗粒物、二氧化氮和二氧化硫。这些指标的指数在0～50时为优，51～100时为良，100以上为污染。标准规定监测的“可吸入颗粒物”是指直径小于10微米的颗粒物，但不包括“个头更小”的、小于2 .5微米的颗粒物(简称“细颗粒物”，又称PM2.5)。在上述三项污染指标中，可吸入颗粒物在空气污染中的比率最大，而细颗粒物又在可吸入颗粒物中占70%～80%。当大量细颗粒物浮游在空中，大气能见度就会变小，天空看起来灰蒙蒙的，气象学把这一现象叫做“灰霾天”。而造成这种灰霾天的罪魁祸首就是细颗粒物。据美国国家航空暨太空总署公布的一张世界空气质量地图显示，全球细颗粒物污染最高的地区是北非以及中国的华北、华东和华中全部，中国大部分地区细颗粒物平均浓度接近80微克/立方米，超出世界卫生组织规定的有关污染指标的8倍。
大气污染对人类及其生存环境造成的危害与影响，已逐渐为人们所认识，归结起来有如下几个方面：
①对人体健康的危害。人体受害有三条途径，即吸入污染空气、表面皮肤接触污染空气和食入含大气污染物的食物，除可引起呼吸道和肺部疾病外，还可对心血管系统、肝等产生危害，严重的可夺去人的生命。
②对生物的危害。动物因吸入污染空气或吃含污染物食物而发病或死亡，大气污染物可使植物抗病力下降、影响生长发育、叶面产生伤斑或枯萎死亡。
③对物品的危害。如对纺织衣物、皮革、金属制品、建筑材料、文化艺术品等造成化学性损害和玷污损害。
④造成酸性降雨，对农业、林业、淡水养殖业等产生不利影响。
⑤破坏高空臭氧层，形成臭氧空洞，对人类和生物的生存环境产生危害。
⑥对全球气候产生影响，如二氧化碳等温室气体的增多会导致地球上的大气变暧，导致全球天气灾害增多，又如烟尘等气溶胶粒子增多，使大气混浊度增加，减弱太阳辐射，影响地球长波辐射，导致天气气候异常。
全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近50亿t，年排出尾矿量高达5亿t以上。我国的尾矿综合利用率只有7%，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。另一方面，基础设施互联互通水平将不断提升，更是亟需大量原材料。
欧美等发达国家固体废物处理领域制度建设始于20世纪70年代。随着欧美日等西方发达国家经济的迅速发展，大量城市垃圾和工业废弃物随之产生，造成了严重环境污染以及资源日趋稀缺，各国政府相继颁布引导和规范固体废物处理行业法律法规，从而带来固体废物处理行业的蓬勃发展。
我国2005年颁布《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，对固废进行明确规定，固废在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值但被抛弃或者放弃的固态物质。《中华人民共和国环境保护税法》在2018年1月1日正式实施。2018年5月15日，《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》正式实施。同样在2018年5月15日《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》也落地实施。
铁尾矿是工业固体废弃物的主要组成部分，我国的铁尾矿总量大、颗粒细、种类多，其长期堆放容易带来危害。近年来随着固体废弃物带来的环境问题、安全问题日益凸显，国家相继颁发了一系列政策鼓励综合治理固废。
现阶段，全国每年石英砂尾矿排量约有100 万吨，排放如此大量的石英砂尾矿，直接造成严重的环境污染、耕地占用、河道水库淤塞等许多不良后果。大量的石英砂尾矿晴天还会引起风砂飞扬，危害当地居民身体健康;不仅浪费了资源，也使附近农作物受到侵害。目前大多数尾矿也只是用作铺路填坑，经济效益低，大量的石英砂尾矿被废弃。
中国是钢铁生产大国，中国钢产量已经连续11年稳居世界第一位，2008 年中国钢产量约5.0 亿吨。钢渣是炼钢过程中排出的固体废物，包括转炉渣、电炉渣等。钢渣作为炼钢工艺流程的衍生物随着钢产量的提高年产量不断递增，钢铁厂在炼钢生产过程中产生的钢渣量约为钢产量的 15%～20%，如作为工业废料全部排弃，占地面积非常大，为了减少废渣占地，防止环境污染，近年来钢铁企业正努力探索钢渣的综合利用途径，以求变废为宝。
水泥目前仍然是世界范围内使用最广泛的建筑材料，随着中国国民经济的飞速发展，对水泥的需求量也与日俱增，现在中国已经是世界上最大的水泥生产国，同时也是世界最大的水泥消费国，其水泥年产量已经超过全球总产量的一半，随着大量水泥产量激增，水泥工业在国民经济中发挥着举足轻重的作用。
硅酸盐水泥熟料生产是一个高能耗高污染的行业，硅酸盐水泥熟料主要由黏土和石灰石为原料制备而成，水泥熟料的生产会消耗大量的自然资源，因此水泥行业一直寻求替代原料。因此研究多种固废应用于建材制备，能够为企业降低成本，变废为宝，对社会和企业有着巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
为了解决寻求水泥行业替代原料的技术问题，本发明提出利用碱渣和钢渣作为制备硅酸盐水泥熟料的钙质原料，铁尾矿作为硅铝质原料，并采用石英砂尾矿和粉煤灰作为矫正料，解决了现有技术中硅酸盐水泥熟料的生产对环境的影响，同时缓解原料的供给问题，节约了成本。
本发明提供了一种多固废制备硅酸盐水泥熟料，该多固废制备硅酸盐水泥熟料的组成包括碱渣、钢渣、铁尾矿和硅质矫正料石英砂尾矿。
进一步的，所述碱渣主要成分为40%-50%的碳酸钙、5%-10%的氯化钙、5%-10%的氧化钙、1%-5%的硫酸钙、5%-10%的氢氧化镁、5%-10%的二氧化硅和1%-3%的氧化铝。
进一步的，所述钢渣主要成分为35%-40%的氧化钙、10%-15%的二氧化硅、5%-10%的氧化铁、1%-2%的氧化铝和5%-8%的氧化镁。
进一步的，所述铁尾矿主要成分为50%-65%的二氧化硅、10%-15%的氧化铁、10%-15%的氧化铝、2%-6%的氧化钙、2%-4%的氧化镁、0.1%-0.3%的三氧化硫、0.5%-1%的氧化钾和0.1%-0.4%的氧化钠。
进一步的，所述石英砂尾矿主要成分为90%-99%的二氧化硅和1%-8%的氧化铁。
按照权利要求1所述的一种多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将原料分别破碎，得到原料的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后按一定的质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨；
（3）将步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
进一步的，所述原料的研磨颗粒的磨粒径小于15mm。
进一步的，所述碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿的烘干质量百分比分别为60-65%、20-25%、10-15%和4-5%，且将原料进行混合粉磨后的最终粒径大于0.08mm且重量不超过研磨前的10%。
进一步的，所述煅烧温度为1450℃，且煅烧的时间40-60分钟。
有益效果：本发明利用碱渣和钢渣替代石灰石作为钙质原料，并利用铁尾矿替代黏土作为原料，利用英砂尾矿作为硅质矫正料，极大程度的降低了碱渣肿碳酸钙的分解温度，促进了熟料液相烧结，改善了生料的易烧性，促进硅酸三钙的生成，有利于熟料的生成，且本发明提供的所有原料都选自固废，可以减少固废的堆积，防止固废对环境的二次污染，并节约了成本和资源。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明提供了一种多固废制备硅酸盐水泥熟料，该多固废制备硅酸盐水泥熟料的组成包括碱渣、钢渣、铁尾矿和硅质矫正料石英砂尾矿。
作为本发明的进一步改进，所述碱渣主要成分为40%-50%的碳酸钙，5%-10%的氯化钙、5%-10%的氧化钙、1%-5%的硫酸钙、5%-10%的氢氧化镁、5%-10%的二氧化硅和1%-3%的氧化铝。
作为本发明的进一步改进，所述钢渣主要成分为35%-40%的氧化钙、10%-15%的二氧化硅、5%-10%的氧化铁、1%-2%的氧化铝和5%-8%的氧化镁。
作为本发明的进一步改进，所述铁尾矿主要成分为50%-65%的二氧化硅、10%-15%的氧化铁、10%-15%的氧化铝、2%-6%的氧化钙、2%-4%的氧化镁、0.1%-0.3%的三氧化硫、0.5%-1%的氧化钾和0.1%-0.4%的氧化钠。
作为本发明的进一步改进，所述石英砂尾矿主要成分为90%-99%的二氧化硅和1%-8%的氧化铁。
按照权利要求1所述的一种多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将原料分别破碎，得到原料的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后按一定的质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨；
（3）将步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
作为本发明的进一步改进，所述原料的研磨颗粒的磨粒径小于15mm。
作为本发明的进一步改进，所述碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿的烘干质量百分比分别为60-65%、20-25%、10-15%和4-5%，且将原料进行混合粉磨后的最终粒径大于0.08mm且重量不超过研磨前的10%。
作为本发明的进一步改进，且煅烧的时间40-60分钟。
以下为具体实施例。
实施例一：
（1）将由40%的碳酸钙、5%的氯化钙、5%的氧化钙、1%的硫酸钙、5%的氢氧化镁、5%的二氧化硅和1%的氧化铝组成的碱渣；由35%%的氧化钙、10%的二氧化硅、5%氧化铁、1%的氧化铝、5%的氧化镁组成的钢渣；由50%的二氧化硅、10%氧化铁、10%的氧化铝、2%的氧化钙、2%的氧化镁、0.1%的三氧化硫、0.5%的氧化钾和0.1%的氧化钠组成的铁尾矿与由90%的二氧化硅和1%的氧化铁组成的石英砂尾矿四项原料分别破碎，得到磨粒径为11mm的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后分别按照60%、20%、10%和4%质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨，使得混合粉磨后的最终粒径为0.09mm，且重量为研磨前的9%；
（3）步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧，将烧温度调整为1450℃，煅烧40分钟；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
实施例二：
（1）将由45%的碳酸钙、8%的氯化钙、8%的氧化钙、3%的硫酸钙、8%的氢氧化镁、8%的二氧化硅和2%的氧化铝组成的碱渣；由38%的氧化钙、13%的二氧化硅、8%氧化铁、1.5%的氧化铝、6%的氧化镁组成的钢渣；由60%的二氧化硅、13%氧化铁、13%的氧化铝、4%的氧化钙、3%的氧化镁、0.2%的三氧化硫、0.8%的氧化钾和0.3%的氧化钠组成的铁尾矿与由94%的二氧化硅和5%的氧化铁组成的石英砂尾矿四项原料分别破碎，得到磨粒径为12mm的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后分别按照63%、23%、13%和4%质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨，使得混合粉磨后的最终粒径为0.10mm，且重量为研磨前的8%；
（3）步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧，将烧温度调整为1450℃，煅烧50分钟；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
实施例三：
（1）将由50%的碳酸钙、10%的氯化钙、10%的氧化钙、5%的硫酸钙、10%的氢氧化镁、10%的二氧化硅和3%的氧化铝组成的碱渣；由40%的氧化钙、15%的二氧化硅、10%氧化铁、2%的氧化铝、8%的氧化镁组成的钢渣；由65%的二氧化硅、15%氧化铁、15%的氧化铝、6%的氧化钙、4%的氧化镁、0.3%的三氧化硫、1%的氧化钾和0.4%的氧化钠组成的铁尾矿与由99%的二氧化硅和8%的氧化铁组成的石英砂尾矿四项原料分别破碎，得到磨粒径为12mm的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后分别按照65%、25%、15%和5%质量百分比进行均匀的混合并将研磨颗粒进行粉磨，使得混合粉磨后的最终粒径为0.11mm，且重量为研磨前的7%；
（3）步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧，将烧温度调整为1450℃，煅烧60分钟；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种多固废制备硅酸盐水泥熟料，其特征在于：该多固废制备硅酸盐水泥熟料的组成包括碱渣、钢渣、铁尾矿和硅质矫正料石英砂尾矿；
所述碱渣主要成分为40%-50%的碳酸钙，5%-10%的氯化钙、5%-10%的氧化钙、1%-5%的硫酸钙、5%-10%的氢氧化镁、5%-10%的二氧化硅和1%-3%的氧化铝；
所述钢渣主要成分为35%-40%的氧化钙、10%-15%的二氧化硅、5%-10%的氧化铁、1%-2%的氧化铝和5%-8%的氧化镁；
所述铁尾矿主要成分为50%-65%的二氧化硅、10%-15%的氧化铁、10%-15%的氧化铝、2%-6%的氧化钙、2%-4%的氧化镁、0.1%-0.3%的三氧化硫、0.5%-1%的氧化钾和0.1%-0.4%的氧化钠；
所述石英砂尾矿主要成分为90%-99%的二氧化硅和1%-8%的氧化铁。
2.按照权利要求1所述的一种多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原料分别破碎，得到原料的研磨颗粒；
（2）将碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿烘干后按一定的质量百分比进行均匀的混合并
将研磨颗粒进行粉磨；
（3）将步骤（2）中粉磨后的原料加入到回转炉内煅烧；
（4）将步骤（3）中煅烧完成的原料冷却至室温，得到硅酸盐水泥熟料。
3.根据权利要求2所述的多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述原料的研磨颗粒的磨粒径小于15mm。
4.根据权利要求2所述的多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述碱渣、钢渣、铁尾矿和石英砂尾矿的烘干质量百分比分别为60-65%、20-25%、10-15%和4-5%，且将原料进行混合粉磨后的最终粒径大于0.08mm且重量不超过研磨前的10%。
5.根据权利要求2所述的多固废制备硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为1450℃，且煅烧的时间40-60分钟。
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