CN113511828B - 激发剂及其制备及以其激发粉煤灰制备水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的激发剂及其制备及以其激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，属于水泥熟料制备技术领域，激发剂包括组分及质量百分含量为K2CO3 20‑50％、K2S2O7 20‑50％、Na2B4O7 20‑40％，还包括5‑10％的SrCO3或BaCO3。各物质混合均匀即制得激发剂。制备时，将粉煤灰与CaO按比例混合750‑850℃下加热1‑3h进行一次煅烧后，加入一煅产物质量10‑20％的激发剂，700‑850℃下加热2‑4h，获得煅烧终产物，并制备水泥熟料，抗折强度高达8‑12.5MPa，抗压强度高达45‑55MPa。本发明的方法再大幅提高粉煤灰处理量基础上，显著降低水泥焙烧温度，且能够保证获得具有极高强度性能的水泥熟料。
Description
技术领域：
本发明属于水泥熟料制备技术领域，具体涉及一种激发剂及其制备及以其激发粉煤灰制备水泥熟料的方法。
背景技术：
粉煤灰是国内热电厂、钢厂等燃煤企业排放的大宗固体废物。随着生活消费水平的提高对电力的消费日益上升，中国国内每年大约产生5亿吨粉煤灰，这些粉煤灰不仅占用土地，还造成飞尘、有毒物质污染环境。国内针对粉煤灰最大量的利用是制备水泥。但由于直接利用粉煤灰加氧化钙做水泥粉煤灰的掺量有限，一般低于20％，掺加更多的粉煤灰会造成水泥的早强性和力学性能降低，这样降低了粉煤灰的利用率。粉煤灰中含有依据氧化铝含量不同而不同的高温相莫来石(3Al2O3·2SiO2)，以氧化铝含量在17％左右时，莫来石含量在20％左右，且随氧化铝含量的增加而增加，在制备水泥过程中，莫来石很难被破坏从而不能参与胶凝反应，所以限制了粉煤灰的掺量。
专利CN108409171A使用了固体氢氧化钠、氧化镁、氧化钙作为激发剂制备了碱激发粉煤灰水泥，这些原料只是通过球磨2h，没有经过高温过程，实际得到的只是混凝土而不是水泥。氧化钙和二氧化硅反应生成硅酸钙的温度需要高达800℃时才能完全，所以上述专利不能得到水泥熟料。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种激发剂及其制备及以其激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，该激发剂腐蚀性低、稳定性强、加入温度低，能充分利用粉煤灰中的莫来石相，提高粉煤灰的利用率，同时粉煤灰中铁成分也生成铁酸钙系列，从而生成了水泥熟料的所有成分，且能够获得具有明显抗压强度与抗折强度性能优势的水泥熟料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种激发剂，包括组分及质量百分含量为K2CO3 20-50％、K2S2O7 20-50％、Na2B4O720-40％，还包括有SrCO3或BaCO3中的一种，所述的SrCO3或BaCO3质量百分含量为5-10％。
所述的激发剂中，通过所述的SrCO3或BaCO3的加入，在低温分解过程，增加反应物的气孔率，提高比表面积，减少研磨能耗。
所述的激发剂制备方法，包括以下步骤：
按激发剂组分备料，室温下混合，搅拌均匀，即制得激发剂。
所述的激发剂不仅能破坏莫来石相，同时能够降低混合体系熔点，使制造水泥熟料的焙烧温度由1400℃降低至800℃以下。
以上述激发剂激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，包括以下步骤：
步骤1，一次煅烧：
按质量比，粉煤灰：CaO＝(1-3):1，将二者混合均匀，750-850℃下加热1-3h，获得一锻产物；
步骤2，二次煅烧：
按质量比，一煅产物：激发剂＝100：(10-20)，向一锻产物内加入激发剂，混合均匀后，700-850℃下加热2-4h，获得煅烧终产物；
步骤3，水泥熟料制备：
煅烧终产物经冷却磨细后，依次加入CaSO4和水，搅拌成水泥浆体，浇注，振捣密实后，养护制得水泥熟料试块，所述的水泥熟料试块抗折强度8-12.5MPa，抗压强度为45-56MPa。
所述的步骤1中，粉煤灰包括组分及质量百分含量为SiO2 30-56.99％，Al2O321.53-50.76％，CaO 5.10-9.99％，TiO2 1.22-4％，Fe2O3 1.25-5.78％，MgO 1.5-5％，余量其他。
所述的步骤1中，粉煤灰烧结过程中产生矿相包括含铝莫来石相，赤铁矿相，石英相和玻璃相。
所述的步骤2中，经检测，煅烧终产物中，粉煤灰中的含铝莫来石相、赤铁矿相，石英相和玻璃相转化率均超过90％。
所述的步骤3中，冷却方式为随炉冷却。
所述的步骤3中，水泥浆体获得过程为：向煅烧产物中加入煅烧产物质量4-7％的CaSO4，混匀，再加入煅烧产物质量30-50％的水，搅拌成水泥浆体。
所述的步骤3中，振捣密实成棱柱体后进行养护，所述的棱柱体尺寸为40×40×160mm。
所述的步骤3中，向棱柱体加入饱和Ca(OH)2水溶液覆盖后，进行养护，所述的养护温度为室温养护，养护时间为1-5d。
所述的步骤3中，水泥浆料初凝时间为40-45min，终凝时间为1.5-2h，形成胶凝材料。
本发明的有益效果：
本发明制备工艺中粉煤灰在烧结过程中，产生氧化硅玻璃相和含铝莫来石相，玻璃相成硅酸钙，含铝莫来石成硅铝酸钙，粉煤灰中以赤铁矿相存在的铁成分生成铁铝酸钙，使石英相反应生成硅酸钙，并保持足够的强度，磨细，加硫酸钙后即可作为水泥熟料使用；含铝莫来石相作为高温稳定相，在相应激发剂激发基础上，其斜方结构被最大程度破坏，同时使体系熔点大幅降低，降低水泥焙烧的温度，提高了在加CaO焙烧时粉煤灰的添加量(现有技术中粉煤灰掺入量普遍仅能够达到20％)，且能够保证水泥熟料具有极高强度性能。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例1-4中的激发剂包括组分及质量百分含量为K2CO3 20％、K2S2O7 40％、Na2B4O7 40％，还包括有SrCO3，SrCO3质量百分含量为10％。
以下实施例5-8中的激发剂包括组分及质量百分含量为K2CO3 50％、K2S2O7 20％、Na2B4O7 20％，还包括有BaCO3，BaCO3质量百分含量为10％。
上述激发剂制备方法，包括以下步骤：
按激发剂组分备料，室温下混合，搅拌均匀，即制得激发剂。
实施例1
所用粉煤灰的主要成分见表1。
表1粉煤灰中的主要成分/％
取150g粉煤灰在120℃干燥2小时，取出，过300目筛。加入CaO 50g，球磨机内混匀，入800℃马弗炉内焙烧2小时，获得一锻产物，向一锻产物中加入一段产物质量10％的激发剂，继续在800℃煅烧2小时，获得煅烧终产物。冷却后磨细粒径在300目以内，加入煅烧终产物质量5％的CaSO4，混匀，加入煅烧终产物质量40％的水，直接搅拌成水泥浆体，浇注，振捣密实后加入饱和Ca(OH)2水溶液覆盖，初凝时间为40-45min，终凝时间为1.5-2h，并在室温下养护3天，得到水泥熟料试块，测试其抗折强度和抗压强度，具体抗折强度为8MPa，抗压强度为45MPa，可以满足实际工程需求。
实施例2
同实施实例1，区别在于，激发剂加入量为一煅产物质量的12％，经检测，水泥熟料试块抗折强度为9MPa，抗压强度为49MPa。
实施例3
同实施实例1，区别在于，激发剂加入量为一煅产物质量的15％，经检测，水泥熟料试块加入所述激发剂15g，具体抗折强度达到12.5MPa，抗压强度达到55MPa。
对比例3-1
同实施例3，区别在于，一次性将粉煤灰，CaO与激发剂三者混合，800℃下煅烧4h，并进行水泥熟料制备，经检测，煅烧过程中，粉煤灰中仅有60％的莫来石相转变成硅酸钙系列，石英相、赤铁矿相转变仅为40％，玻璃相转变率仅为70％，反应不完全，无法形成更多的胶凝材料，得到的水泥熟料3d试样抗折强度仅为5.5MPa，抗压强度仅为30Mpa。
对比例3-2
同实施例3，区别在于，一锻和二锻加热保温时间均调整为900℃，0.5h，经检测，获得的水泥熟料试块中存在大量的莫来石相和石英相，两相转化率明显降低，最终水泥熟料试块抗折强度和抗压强度明显降低。
对比例3-3
同实施例3，区别在于，分别进行激发剂加入量为一煅产物质量30％和5％，经检测，当激发剂加入量为一煅产物质量30％时，一定量的碳酸盐激发剂存在于煅烧终产物中，形成沉淀；当激发剂加入量为一煅产物质量的5％时，煅烧终产物中以含铝莫来石相为主的高温相未被充分溶解；该两种状态下均导致了水泥凝结时间大幅延长，造成水泥熟料试块强度降低。
实施例4
同实施实例1，区别在于，激发剂加入量为一煅产物质量的18％，经检测，水泥熟料试块抗折强度为11.5Mpa，抗压强度为56Mpa。
实施例5
同实施实例1，区别在于，激发剂加入量为一煅产物质量的22％，经检测，水泥熟料试块抗折强度为9Mpa，抗压强度为50Mpa。
实施例6
同实施实例1，区别在于，激发剂加入量为一煅产物质量的25％，经检测，水泥熟料试块抗折强度为8.5Mpa，抗压强度为46Mpa。
实施例7
同实施实例3，区别在于，一锻和二锻加热保温时间均调整为750℃，3h，经检测，水泥熟料试块抗折强度为8.5Mpa，抗压强度为47Mpa。
实施例8
同实施实例3，区别在于，一锻和二锻加热保温时间均调整为850℃，1h，经检测，水泥熟料试块抗折强度为9Mpa，抗压强度为49Mpa。
上述实施例1-8部分工艺参数及产物性能数据如下表2所示。
表2
Claims (4)
1.一种激发剂激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，其特征在于：所述的激发剂由以下质量百分含量的组分组成K2CO3 20-50%、K2S2O7 20-50%、Na2B4O7 20-40%，SrCO3或BaCO3中的一种，所述的SrCO3或BaCO3质量百分含量为5-10%；
所述的方法包括以下步骤：
步骤1，一次煅烧：
按质量比，粉煤灰：CaO=(1-3):1，粉煤灰包括组分及质量百分含量为 SiO2 30-56.99%，Al2O3 21.53-50.76%，CaO 5.10-9.99%，TiO2 1.22-4%，Fe2O3 1.25- 5.78%，MgO 1.5-5%，余量其他，将二者混合均匀，750-850℃下加热1-3h，获得一煅产物，粉煤灰烧结过程中产生矿相包括含铝莫来石相，赤铁矿相，石英相和玻璃相；
步骤2，二次煅烧：
按质量比，一煅产物：激发剂=100：(10-20)，向一煅产物内加入激发剂，混合均匀后，700-850℃下加热2-4h，获得煅烧终产物，经检测，煅烧终产物中，粉煤灰中的含铝莫来石相、赤铁矿相，石英相和玻璃相转化率均超过90%；
步骤3，水泥熟料制备：
煅烧终产物经冷却磨细后，向煅烧产物中加入煅烧产物质量4-7%的CaSO4，混匀，再加入煅烧产物质量30-50%的水，搅拌成水泥浆体，浇注，振捣密实后，养护制得水泥熟料试块，所述的水泥熟料试块抗折强度为8-12.5MPa，抗压强度为45-55MPa。
2.根据权利要求1所述的激发剂激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，其特征在于，所述的步骤3中，振捣密实成棱柱体后进行养护，所述的棱柱体尺寸为40×40×160mm。
3.根据权利要求1所述的激发剂激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，其特征在于，所述的步骤3中，向棱柱体加入饱和Ca(OH)2水溶液覆盖后，进行养护，所述的养护温度为室温，养护时间为1-5d。
4.根据权利要求1所述的激发剂激发粉煤灰制备水泥熟料的方法，其特征在于，所述的步骤3中，水泥浆体初凝时间为40-45min，终凝时间为1.5-2h，形成胶凝材料。
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