CN113772972A - 一种高镁高贝利特水泥熟料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高镁高贝利特水泥熟料及其生产方法，本发明属于高贝利特水泥熟料生产技术领域，包含如下重量百分数的原料：石灰石为65‑75％、高镁采矿废石5‑15％、砂岩为12‑16％、铁质校正料为3‑8％。本发明采用半干法工艺，经过原料粉磨、料饼制备、料饼破碎分解、熟料煅烧实现高镁高贝利特熟料的生产，具有水化热极低并且具有微膨胀性能；通过科学的试烧与岩相分析技术，分析配料方案与煅烧匹配性问题，解决了低硅酸三钙和高MgO造成的煅烧熟料强度低的技术难题。本发明采用低饱和比的设计思路，减少石灰石使用量和煤耗量，熟料烧成产生的CO2大幅度减少，实现水泥熟料制造的低能耗化、低排放及高性能化。
Description
技术领域
本发明属于高贝利特水泥熟料生产技术领域，具体涉及一种高镁高贝利特水泥熟料及其生产方法。
背景技术
随着水电工程等大体积混凝土技术要求的提高，防止混凝土产生裂缝，历来是各国水工大坝工程建设中的重大课题，一直困扰着科学界和工程界。传统的温控防裂措施难以完全避免混凝土的开裂，许多工程在采取了严格的温控措施后仍出现开裂破坏，以至于有“无坝不裂”之说，要解决混凝土开裂，除了从结构和施工方面采取措施外，还要从材料方面采取措施。
现阶段仅具有中等水化热的水泥，不能完全避免由于大体积混凝土碱集料反应、混凝土干缩、后期温降收缩等引起混凝土开裂的风险。因此，水电工程如大坝等大体积混凝土工程，需要性能更加优越、尤其是水化热更低的硅酸盐水泥。高贝利特水泥可以降低混凝土抗裂性能，提高大坝混凝土的抗裂性，减少大坝混凝土裂缝，提高混凝土的长期耐久性。
虽然国际中将水泥MgO含量在5％以内，但在水泥熟料的实际生产中，通常限定MgO含量在2％以内，超过3％的称之为高镁水泥。高镁水泥具有硬化快、强度高的特性，且其防腐防渗透效果好的特性，适合应用于水电工程如大坝等环境中；但在熟料形成过程中，过多的MgO生成方镁石晶体，会引起水泥的安定性不良，为规避MgO膨胀过大造成水泥混凝土工程开裂的风险，MgO一直被视为有害组分加以控制。
综上所述，结合保护资源、保护生态环境、降低原燃料成本，研制与开发一种强度高的、防腐、防渗透的高镁高贝利特水泥熟料是非常有必要的，具有十分广阔应用前景。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高镁高贝利特水泥熟料及其生产方法，采用低饱和比的设计思路，所得高镁高贝利特熟料具有水化热极低并且具有微膨胀性能，实现水泥熟料制造的低能耗化、低排放及高性能化。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高镁高贝利特水泥熟料，包含如下重量百分数的原料：石灰石为65-75％、高镁采矿废石5-15％、砂岩为12-16％、铁质校正料为3-8％。
进一步地，所述石灰石中CaO≥48.0％、MgO≤2.0％，所述石灰石的粒度≤50mm，合格率≥75％；
所述高镁采矿废石中CaO≥30.0％、MgO≥15.0％，所述高镁采矿废石的粒度≤50mm；
所述砂岩中的SiO2≥75％，所述砂岩的粒度≤60mm、合格率≥80％；
所述铁质校正料为钢渣、有色金属灰渣任一种或两者的组合；所述铁质校正料中Fe2O3≥22％、水份≤15％。
进一步地，所述水泥熟料中C2S≥40％、C3A≤5％、MgO≥3.0％；所述水泥熟料的石灰饱和系数LSF＝81.5±2、硅率SM＝2.70±0.3、铝率IM＝0.8±0.2、f-CaO≤0.8％、立升重≥1200g/L。
进一步地，所述水泥熟料的28天抗压强度不低于48Mpa；90天抗压强度不低于68Mpa，7天水化热不高于220kJ/kg，28天水化热不高于290kJ/kg，28天膨胀率不小于0.15％。
本发明提供所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料中加入其总质量33-36％的水，共同粉磨，制成生料0.08mm细度≤25％的原料料浆，搅拌均匀得到入窑浆料；
(2)将所述入窑料浆经真空吸滤机脱水后形成料饼，脱水后所述料饼的含水量为18-22％；
(3)将所述料饼送至烘干、并将其破碎至0.08mm细度为25％-28％的生料粉；
(4)将所述生料粉经预热分解后，进行烧结，即可得到成品高镁高贝利特熟料。
进一步地，所述步骤(3)中，烘干后，所述生料粉的含水量为1～3％；所述烘干是利用窑尾引来的热废气进行，所述热废气的温度为580±10℃。
进一步地，所述步骤(4)中，预热是将所述生料粉送入预热塔中，使碳酸盐分解率≥85％,控制预热分解炉温度出口在830-865℃；所述烧结是在温度1300-1450℃的回转窑中烧结20-40min，得到熟料出篦冷机温度≤80℃与环境温度的和。
进一步地，所述回转窑中的燃煤预先经过煤磨机破碎、烘干，再向其中加入含高效预分散的稀土基矿化催化成分的催化剂共同粉磨。所述催化剂借助化学催化作用，通过加速结晶硅质校正料的晶型转变并提高其初始固相反应活性，显著改善生料易烧性，提高煤粉燃尽率，减少窑内还原气氛，保证熟料矿物晶体的生长。
进一步地，采用低温快速烧成技术，所述回转窑的转速为3.2-3.7r/min、窑头用煤量5.0-5.6t/h。所述预热、回转窑烧结过程采用低温快速烧成技术，激发了熟料中铁相的活性，由于熟料液相粘度低使A矿形成的最低共熔点降低，有效地降低了用煤量的同时，使方镁石结晶较小。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明使用的铁质校正料为钢渣、有色金属灰渣任一种或两者的组合，属于一种工业废渣，大量使用处理工业废渣生产高铁低钙熟料，生产熟料质量稳定，为社会环保工作贡献力量。得到的高镁高贝利特水泥熟料28天抗压强度不低于48Mpa；90天抗压强度不低于68Mpa；7天水化热不高于220kJ/kg，28天水化热不高于290kJ/kg，28天膨胀率不小于0.15％。
2.本发明采矿废石高镁石灰石作为生产原料之一，高镁采矿废石是来自石灰石矿山开采过程中的废弃矿石，其中不仅含有氧化镁成分，还具有一定的氧化钙，利用现有采矿废石既解决矿山产生的废料问题，又解决高镁高贝利特水泥熟料所需的高镁原料来源问题并实现微膨胀效果；本发明通过科学设计配方，能够充分利用这部分资源，废物利用，保护生态和社会经济效益。
3.本发明的熟料煅烧技术采用低饱和比的设计思路，石灰石使用量减少约5-15％，煤耗减少3-7kg/t，熟料烧成产生的CO2大幅度减少；相比传统熟料的制备过程，本发明降低了分解温度20-50℃，不仅能够减少用煤量，通过对燃煤的预处理，提高了用煤效率，大幅度降低燃料成本2.8-4.9元/吨熟料。
4.本发明通过科学的试烧与岩相分析技术，分析配料方案与煅烧过程的匹配性问题，科学设计配方和生产工艺，解决了低硅酸三钙和高MgO造成的煅烧熟料强度低的技术难题；并结合低温预热、快速烧成技术及加强冷却等工艺控制，使熟料中方镁石结晶不大于10微米，防止因过烧和慢冷导致方镁石结晶偏大，同时严格控制各工序的含水量，不仅共同解决了MgO高引起的水泥安定性不良的问题，还使混凝土有微膨胀性能来弥补水化过程中混凝土的干缩，使混凝土具有更优异的体制稳定性，减少开裂风险。
5.本发明对熟料的岩相晶型进行分析如图1、2所示，A矿呈六方板状，自行度高，其B矿圆度较好、发育正常，熟料质量达到目标值，且熟料强度能达到部分有关特殊水泥要求，28天的熟料强度在51.9MPa以上，90天以后可达70MPa以上；利用本申请的高镁高贝利特熟料配制成水泥后，水泥后期强度持续增长，耐久性好，且水泥产品性能有大幅度提升，尤其是此高镁高贝利特熟料的水化热极低并且具有微膨胀性能，线膨胀率，适合用于特殊要求的水电工程、海洋工程、核岛筏基等大体积混凝土工程。
附图说明
图1本发明实施例1熟料A矿的晶型分析图。
图2本发明实施例1熟料B矿的晶型分析图。
具体实施方式
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
如下实施例中：
所述燃煤预先经过煤磨机破碎、烘干，再向其中加入催化剂共同粉磨；
所述烘干是利用窑尾引来的热废气进行，所述热废气的温度为580±10℃；
所述石灰石中CaO≥48.0％、MgO≤2.0％，所述石灰石的粒度≤50mm，合格率≥75％；
所述高镁采矿废石中CaO≥30.0％、MgO≥15.0％，所述高镁采矿废石的粒度≤50mm；
所述砂岩中的SiO2≥75％，所述砂岩的粒度≤60mm、合格率≥80％；
所述铁质校正料中Fe2O3≥22％、水份≤15％。
所述烧结采用低温预热、快速烧成技术。
实施例1
一种高镁高贝利特水泥熟料，包含如下重量百分数的原料：石灰石为65％、高镁采矿废石15％、砂岩为12％、铁质校正料为8％；所述铁质校正料为钢渣、有色金属的组合；
本发明提供所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料中加入其总质量33％的水，共同粉磨，制成生料0.08mm细度≤25％的原料料浆，搅拌均匀得到入窑浆料；
(2)将所述入窑料浆经真空吸滤机脱水后形成料饼，脱水后所述料饼的含水量为18％；
(3)将所述料饼送至烘干、并将其破碎至0.08mm细度为25％的生料粉；所述生料粉的含水量为1％；
(4)将所述生料粉送入预热塔中，使碳酸盐分解率≥85％，控制预热分解炉温度出口在830℃，在温度1300℃的回转窑中进行烧结20min，即可得到成品高镁高贝利特熟料；得到熟料出篦冷机温度≤105℃；所述回转窑的转速为3.2r/min、窑头用煤量5.0t/h；
所述水泥熟料的石灰饱和系数LSF＝81.5±2、硅率SM＝2.70±0.2、铝率IM＝0.8±0.2、f-CaO≤0.8％、立升重≥1200g/L。
对本实施例1所得熟料的晶型进行岩相分析，分析结果如图1、2所示。
图1本发明实施例1熟料A矿的晶型分析图。图2本发明实施例1熟料B矿的晶型分析图。由图1、2可见，熟料A矿呈六方板状，自行度高，熟料B矿圆度较好、发育正常。
实施例2
一种高镁高贝利特水泥熟料，包含如下重量百分数的原料：石灰石为75％、高镁采矿废石5％、砂岩为16％、铁质校正料为4％；所述铁质校正料为钢渣；
本发明提供所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料中加入其总质量36％的水，共同粉磨，制成生料0.08mm细度≤25％的原料料浆，搅拌均匀得到入窑浆料；
(2)将所述入窑料浆经真空吸滤机脱水后形成料饼，脱水后所述料饼的含水量为22％；
(3)将所述料饼送至烘干、并将其破碎至0.08mm细度为28％的生料粉；所述生料粉的含水量为3％；
(4)将所述生料粉送入预热塔中，使碳酸盐分解率≥85％，控制预热分解炉温度出口在865℃，在温度1450℃的回转窑中进行烧结30min，即可得到成品高镁高贝利特熟料；得到熟料出篦冷机温度≤110℃；所述回转窑的转速为3.7r/min、窑头用煤量5.6t/h；
所述水泥熟料的石灰饱和系数LSF＝81.5±2、硅率SM＝2.70±0.2、铝率IM＝0.8±0.2、f-CaO≤0.8％、立升重≥1200g/L。
实施例3
一种高镁高贝利特水泥熟料，包含如下重量百分数的原料：石灰石为70％、高镁采矿废石10％、砂岩为14％、铁质校正料为6％；所述铁质校正料为有色金属灰渣；
本发明提供所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料中加入其总质量34％的水，共同粉磨，制成生料0.08mm细度≤25％的原料料浆，搅拌均匀得到入窑浆料；
(2)将所述入窑料浆经真空吸滤机脱水后形成料饼，脱水后所述料饼的含水量为20％；
(3)将所述料饼送至烘干、并将其破碎至0.08mm细度为27％的生料粉；所述生料粉的含水量为2％；
(4)将所述生料粉送入预热塔中，使碳酸盐分解率≥85％，控制预热分解炉温度出口在850℃，在温度1350℃的回转窑中进行烧结40min，即可得到成品高镁高贝利特熟料；得到熟料出篦冷机温度≤108℃；所述回转窑的转速为3.5r/min、窑头用煤量5.2t/h；
所述水泥熟料的石灰饱和系数LSF＝81.5±2、硅率SM＝2.70±0.2、铝率IM＝0.8±0.2、f-CaO≤0.8％、立升重≥1200g/L。
对比例1
水泥熟料包含如下重量百分数的原料：石灰石为80％、砂岩为14％、铁质校正料为6％；制备方法与本申请一致。
对比例2
水泥熟料包含如下重量百分数的原料：石灰石为70％、高镁采矿废石10％、砂岩为14％、铁质校正料为6％；所述铁质校正料为有色金属灰渣；
生产方法，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料共同粉搅拌均匀，得到生料粉；
(2)将所述生料粉送入预热塔中，控制预热炉温度出口在900℃，在温度1350℃的回转窑中进行烧结60min，即可得到成品高镁高贝利特熟料；得到熟料出篦冷机温度≤108℃；所述回转窑的转速为3r/min、窑头用煤量5.6t/h。
将实施例1-3、对比例的水泥熟料进行成分、强度检测，检测所述水泥熟料的参数记录于表1。
表1
通过表1可见，本发明实施例1-3制备的熟料质量达到目标值，且熟料强度能达到有关特殊水泥要求；且水泥熟料的强度28d、90d后均优于对比例数据。
向实施例1、对比例的水泥熟料中，分别加入等量的石膏制成水泥，检测所述水泥的线膨胀率和水化热数值，记录于表2。
表2
通过表2可见，本发明实施例1-3制备的高镁高贝利特熟料配制成水泥后，水泥后期强度持续增长，耐久性好，且水泥产品性能有大幅度提升，尤其是此高镁高贝利特熟料的水化热极低并且具有微膨胀性能，具有广泛的应用前景，适合用于特殊要求的水电工程、海洋工程、核岛筏基等大体积混凝土工程。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种高镁高贝利特水泥熟料，其特征在于，包含如下重量百分数的原料：石灰石为65-75％、高镁采矿废石5-15％、砂岩为12-16％、铁质校正料为3-8％。
2.根据权利要求1所述高镁高贝利特水泥熟料，其特征在于，所述石灰石中CaO≥48.0％、MgO≤2.0％，所述石灰石的粒度≤50mm，合格率≥75％；
所述高镁采矿废石中CaO≥30.0％、MgO≥15.0％，所述高镁采矿废石的粒度≤50mm；
所述砂岩中的SiO2≥75％，所述砂岩的粒度≤60mm、合格率≥80％；
所述铁质校正料为钢渣、有色金属灰渣任一种或两者的组合；所述铁质校正料中Fe2O3≥22％、水份≤15％。
3.根据权利要求1所述高镁高贝利特水泥熟料，其特征在于，所述水泥熟料中C2S≥40％、C3A≤5％、MgO≥3.0％；所述水泥熟料的石灰饱和系数LSF＝81.5±2、硅率SM＝2.70±0.3、铝率IM＝0.8±0.2、f-CaO≤0.8％、立升重≥1200g/L。
4.根据权利要求1所述高镁高贝利特水泥熟料，其特征在于，所述水泥熟料的28天抗压强度不低于48Mpa；90天抗压强度不低于68Mpa，7天水化热不高于220kJ/kg，28天水化热不高于290kJ/kg，28天膨胀率不小于0.15％。
5.一种如权利要求1-4任一项所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石灰石、高镁采矿废石、砂岩、铁质校正料中加入其总质量33-36％的水，共同粉磨，制成生料0.08mm细度≤25％的原料料浆，搅拌均匀得到入窑浆料；
(2)将所述入窑料浆经真空吸滤机脱水后形成料饼，脱水后所述料饼的含水量为18-22％；
(3)将所述料饼送至烘干、并将其破碎至0.08mm细度为25％-28％的生料粉；
(4)将所述生料粉经预热分解后，进行烧结，冷却即可得到成品高镁高贝利特熟料。
6.根据权利要求5所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中，烘干后，所述生料粉的含水量为1～3％；所述烘干是利用窑尾引来的热废气进行，所述热废气的温度为580±10℃。
7.根据权利要求5所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)中，预热是将所述生料粉送入预热塔中，使碳酸盐分解率≥85％,控制预热分解炉温度出口在830-865℃；所述烧结是在温度1300-1450℃的回转窑中烧结20-40min，所述冷却是熟料出篦冷机温度≤80℃与环境温度的和。
8.根据权利要求7所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，其特征在于，所述烧结所需的燃煤，先经过煤磨机破碎、烘干，再向其中加入含高效预分散的稀土基矿化催化成分的催化剂共同粉磨。
9.根据权利要求7所述高镁高贝利特水泥熟料的生产方法，其特征在于，采用低温快速烧成技术，所述回转窑的转速为3.2-3.7r/min、窑头用煤量5.0-5.6t/h。
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