CN113772974B - 一种采用废料的高强度、高抗水性水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥技术领域，涉及一种采用废料的高强度、高抗水性水泥及其制备方法。采用包括以下重量份原料：40‑60份煤矸石、6‑15份憎水珍珠岩、4‑10份海泡石、10‑20份石灰石、6‑15份改性沸石、1‑3份石膏、1‑2份亚硝酸钠、4‑6份水玻璃、0.5‑1份古马隆树脂、0.1‑0.3份助磨剂、2‑5份矿化剂。本发明制备的水泥成本低，煅烧温度低，强度高、抗水性高，通过加入废料煤矸石解决了废料堆积问题响应国家有效利用废石废料的号召，救活土地。

Description

一种采用废料的高强度、高抗水性水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥技术领域，涉及一种采用废料的高强度、高抗水性水泥及其制备方法。
背景技术
水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。我国是水泥工业大国，自1986年来我国水泥年产量一直居于世界首位，大规模的基础设施建设尤其是近年来一系列国家重大工程的实施，促进了水泥工业的迅速发展。而且随着国民经济的发展，水泥的需求量还将不断增长。
由于传统水泥生产技术的因素，首先，粉磨在水泥“两磨一烧”这个核心中一直占据着重要的地位，一个水泥企业生产总电耗中有多达97%的电耗无用功，仅仅有3％的电耗才真正起到了粉碎功能；其次，水泥在煅烧的阶段需要耗费大量的能量，煅烧的温度一般维持在1500℃左右，我国水泥工业在生产过程中能源消耗较大，而且由于水泥的生产量很大，降低煅烧的温度，同时又不影响水泥的性能，能够节约大量的能源。随着废石废料的不断增加，采用废石废料作为水泥的原料，既能环保减轻废石废料堆积压力还能降低水泥成本。
现阶段随着社会的进步、气候的改变，对水泥的强度、抗水性等指标要求的越来越高；因此，开发一款既满足强度、抗水性等指标还能节约能源、降低生产成本的水泥对水泥生产厂越来越重要。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明目的是提供一种采用废料的高强度、高抗水性水泥及其制备方，既能满足水泥的强度、抗水性等指标还能节约能源、降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，包括以下重量份原料：40-60份煤矸石、6-15份憎水珍珠岩、4-10份海泡石、10-20份石灰石、6-15份改性沸石、1-3份石膏、1-2份亚硝酸钠（NaNO2）、4-6份水玻璃、0.5-1份古马隆树脂、0.1-0.3份助磨剂、2-5份矿化剂。
进一步地，所述助磨剂为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙二醇、木钙、聚合多元醇、聚合醇胺、聚醚醇胺中的一种或多种组合。
进一步地，所述矿化剂为BaO与MgCO3质量比为1:3-5混合而成，优选1:5。
进一步地，所述改性沸石的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将钛酸酯溶于稀释剂中，加入天然沸石。
步骤2、将步骤1的溶液加温搅拌。
步骤3、静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110-120℃条件下烘干3-5h，得到改性沸石。
进一步地，所述步骤1中钛酸酯为异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，加入量为天然沸石质量的0.3%-0.5%；稀释剂为石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，加入量为天然沸石质量的3-5倍。
进一步地，所述步骤2中加热温度为30-40℃，搅拌速率为1000-1200r/min，搅拌时间为15-20min。
一种采用废料的高强度、高抗水性水泥的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将助磨剂分成二份，分别加入煤矸石，憎水珍珠岩和海泡石中，再分别先后用颚式破碎机和球磨机磨细。
步骤2、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料。
步骤3、将矿化剂和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至500-600℃，煅烧5-10min，继续升温至800-950℃，煅烧20-30min，最后升温至1000-1150℃，煅烧1-1.5h，得到熟料。
步骤4、将熟料放入篦冷机中冷却。
步骤5、将冷却后的熟料和亚硝酸钠加入混合机中，转数110-130r/min下混合15-20min。
步骤6、先后用颚式破碎机和球磨机将石灰石、改性沸石、石膏一起磨细，熟料中再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，水玻璃、古马隆树脂，转数150-200r/min下混合5-10min，即得到最终产品。
进一步地，所述步骤1、6中各组分进入颚式破碎机研磨20-30min，煤矸石进入球磨机研磨后要求过40μm方孔筛筛余不大于10%，其余组分进入球磨机研磨后要求过80μm方孔筛筛余不大于10%。
进一步地，所述步骤2中烘干后生料水分≤1%。
进一步地，所述步骤4中熟料冷却5-7min至70-110℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为。
1、颚式破碎机常用来对大体积物料（通常粒径在85-21cm之间）进行粗、中碎作业，具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、运营费用经济等特点，但最终出料粒径最小也只能在40μm左右达不到本申请要求；球磨机虽能达到最终磨细要求（过40μm方孔筛筛余不大于10%），但如果一直用球磨机破碎，前期破碎大物料吃力，不仅耗能还耗材，球磨机的特性是给矿粒度越细，球磨机的生产能力越高，处理单位矿石的能耗就越低；因此，本发明通过采用价位较合理的两种不同的破碎机联合使用，前期颚式破碎机破碎大物料后期球磨机磨碎物料，达到了降低电耗的作用（如果单独使用球磨机进行破碎，能耗会比联合使用高出25%-40%），更适合普通水泥工厂使用。
2、本发明加入矿化剂可以降低煅烧温度从而达到节约能源的作用，矿化剂中不含F、S、Cl等对环境有害的物质；煤矸石含沙量少，难烧的结晶二氧化硅少，易烧性好可辅助降低煅烧温度；本发明可将传统的煅烧温度1500℃降到1000-1150℃之间。
3、本发明通过加入改性沸石不但能起到增强水泥抗压强度和抗折强度，还能对抗渗水性起到一定辅助作用；通过加入煤矸石可以解决废料堆积问题，响应国家有效利用废石废料的号召，救活土地。
4、水泥助剂本身都是精细化工产品，价格与水泥大宗原料相比昂贵许多，例如煤矸石一吨价格不大于1000元、憎水珍珠岩一吨价格不大于1600元，而亚硝酸钠一吨价格在3000元左右、古马隆树脂一吨价格在4500元左右，因为水泥大宗原料一次购买量大单价还会降低但是助剂购买量少价格不会变化，纵使助剂加入量占总体含量不高但各大水泥生产厂还是希望通过降低助剂用量来降低成本。
本发明不是单纯通过加入助剂来制备高强度、高抗水性、节能的水泥的，还通过各原料配合来达到最终目的，这样助剂的加入量就会减少，可进一步达到降低成本的作用，符合本行业需求。
5、水泥熟料在冷却过程中传统冷却不能使熟料内部彻底降温，在后期混合后水泥的性能会受到很大影响；本发明采用先用篦冷机冷却再在加入亚硝酸钠混合同时进一步常温冷却，不但能达到熟料内部彻底冷却还能使亚硝酸钠与助磨剂有效配合使抗渗水性达到最佳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，包括以下重量份原料：40-60份煤矸石、6-15份憎水珍珠岩、4-10份海泡石、10-20份石灰石、6-15份改性沸石、1-3份石膏、1-2份亚硝酸钠（NaNO2）、4-6份水玻璃、0.5-1份古马隆树脂、0.1-0.3份助磨剂、2-5份矿化剂。
进一步地，所述助磨剂为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙二醇、木钙、聚合多元醇、聚合醇胺、聚醚醇胺中的一种或多种组合。
进一步地，所述矿化剂为BaO与MgCO3质量比为1:3-5混合而成，优选1:5。
进一步地，所述改性沸石的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将钛酸酯溶于稀释剂中，加入天然沸石。
步骤2、将步骤1的溶液加温搅拌。
步骤3、静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110-120℃条件下烘干3-5h，得到改性沸石。
进一步地，所述步骤1中钛酸酯为异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，加入量为天然沸石质量的0.3%-0.5%；稀释剂为石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，加入量为天然沸石质量的3-5倍。
进一步地，所述步骤2中加热温度为30-40℃，搅拌速率为1000-1200r/min，搅拌时间为15-20min。
一种采用废料的高强度、高抗水性水泥的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将助磨剂分成二份，分别加入煤矸石，憎水珍珠岩和海泡石中，再分别先后用颚式破碎机和球磨机磨细。
步骤2、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料。
步骤3、将矿化剂和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至500-600℃，煅烧5-10min，继续升温至800-950℃，煅烧20-30min，最后升温至1000-1150℃，煅烧1-1.5h，得到熟料。
步骤4、将熟料放入篦冷机中冷却。
步骤5、将冷却后的熟料和亚硝酸钠加入混合机中，转数110-130r/min下混合15-20min。
步骤6、先后用颚式破碎机和球磨机将石灰石、改性沸石、石膏一起磨细，熟料中再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，水玻璃、古马隆树脂，转数150-200r/min下混合5-10min，即得到最终产品。
进一步地，所述步骤1、6中各组分进入颚式破碎机研磨20-30min，煤矸石进入球磨机研磨后要求过40μm方孔筛筛余不大于10%，其余组分进入球磨机研磨后要求过80μm方孔筛筛余不大于10%。
进一步地，所述步骤2中烘干后生料水分≤1%。
进一步地，所述步骤4中熟料冷却5-7min至70-110℃。
实施例1。
步骤1、将0.075份异丙基三油酸酰氧基钛酸酯溶于60份异丙醇中，加入15份天然沸石；溶液加热搅拌，温度为30℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为20min；静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110℃条件下烘干4h，得到改性沸石。
步骤2、将0.3份三乙醇胺分成二份，0.15份加入60份煤矸石，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余6%；0.15份加入6份憎水珍珠岩和4份海泡石中，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%；10份石灰石、15份改性沸石、2份石膏，先用颚式破碎机一起破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%。
步骤3、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.7%。
步骤4、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:5）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至530℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1050℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤5、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤6、将冷却后的熟料和2份亚硝酸钠加入混合机中，转数110r/min下混合20min。
步骤7、再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，4份水玻璃、0.7份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
实施例2。
步骤1、将0.05份异丙基三油酸酰氧基钛酸酯溶于40份异丙醇中，加入10份天然沸石；溶液加热搅拌，温度为30℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为20min；静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110℃条件下烘干4h，得到改性沸石。
步骤2、将0.3份二乙醇胺分成二份，0.15份加入50份煤矸石，先用颚式破碎机破碎25min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余8%；0.15份加入10份憎水珍珠岩和7份海泡石中，先用颚式破碎机破碎25min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%；15份石灰石、10份改性沸石、2份石膏，先用颚式破碎机一起破碎25min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%。
步骤3、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.8%。
步骤4、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:4）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至550℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1150℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤5、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤6、将冷却后的熟料和2份亚硝酸钠加入混合机中，转数110r/min下混合20min。
步骤7、再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，4份水玻璃、0.6份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
实施例3。
步骤1、将0.03份异丙基三油酸酰氧基钛酸酯溶于24份异丙醇中，加入6份天然沸石；溶液加热搅拌，温度为30℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为20min；静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110℃条件下烘干4h，得到改性沸石。
步骤2、将0.3份二乙醇胺分成二份，0.15份加入40份煤矸石，先用颚式破碎机破碎25min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余8%；0.15份加入15份憎水珍珠岩和10份海泡石中，先用颚式破碎机破碎25min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余9%；20份石灰石、6份改性沸石、3份石膏中，先用颚式破碎机一起破碎25min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余7%。
步骤3、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.8%。
步骤4、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:3）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至550℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1150℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤5、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤6、将冷却后的熟料和2份亚硝酸钠加入混合机中，转数110r/min下混合20min。
步骤7、再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，5份水玻璃、0.6份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
对比例1。
步骤1、将0.015份异丙基三油酸酰氧基钛酸酯溶于12份异丙醇中，加入3份天然沸石；溶液加热搅拌，温度为30℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为20min；静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110℃条件下烘干4h，得到改性沸石。
步骤2、将0.3份三乙醇胺分成二份，0.15份加入70份煤矸石，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余6%；0.15份加入6份憎水珍珠岩和4份海泡石中，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%；10份石灰石、3份改性沸石、2份石膏，先用颚式破碎机一起破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%。
步骤3、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.7%。
步骤4、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:5）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至530℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1050℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤5、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤6、将冷却后的熟料和2份亚硝酸钠加入混合机中，转数110r/min下混合20min。
步骤7、再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，4份水玻璃、0.7份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
对比例2。
步骤1、将0.3份三乙醇胺分成二份，0.15份加入60份煤矸石，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余6%；0.15份加入6份憎水珍珠岩和4份海泡石中，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%；10份石灰石、2份石膏，先用颚式破碎机一起破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%。
步骤2、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.7%。
步骤3、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:5）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至530℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1050℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤4、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤5、将冷却后的熟料和2份亚硝酸钠加入混合机中，转数110r/min下混合20min。
步骤6、再加入磨细的石灰石、石膏，4份水玻璃、0.7份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
对比例3。
步骤1、将0.075份异丙基三油酸酰氧基钛酸酯溶于60份异丙醇中，加入15份天然沸石；溶液加热搅拌，温度为30℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为20min；静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110℃条件下烘干4h，得到改性沸石。
步骤2、将0.3份三乙醇胺分成二份，0.15份加入60份煤矸石，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将煤矸石磨细过40μm方孔筛筛余6%；0.15份加入6份憎水珍珠岩和4份海泡石中，先用颚式破碎机破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%；10份石灰石、15份改性沸石、2份石膏，先用颚式破碎机一起破碎30min、球磨机将其磨细过80μm方孔筛筛余8%。
步骤3、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料，生料水分0.7%。
步骤4、将3份矿化剂（BaO与MgCO3质量比为1:5）和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至530℃，煅烧5min，继续升温至850℃，煅烧20min，最后升温至1050℃，煅烧1.5h，得到熟料。
步骤5、将熟料放入篦冷机中冷却6min至90℃。
步骤6、冷却后的熟料中同时加入2份亚硝酸钠和磨细后的石灰石、改性沸石、石膏，4份水玻璃、0.7份古马隆树脂，转数150r/min下混合5min，即得到最终产品。
将以上实施例与对比例制备的水泥进行对比，得出以下结果。
表1 实施例与对比例进行对比检测结果。
Figure 459088DEST_PATH_IMAGE001
通过对实施例和对比例的对比可以发现，本发明实施例1-3的水泥抗压强度、抗折强度、渗水压力均显著提高，对比例1、2中改性沸石对水泥强度的影响较大，在对比例3中亚硝酸钠的加入顺序对水泥的渗水压力影响很大。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：40-60份煤矸石、6-15份憎水珍珠岩、4-10份海泡石、10-20份石灰石、6-15份改性沸石、1-3份石膏、1-2份亚硝酸钠、4-6份水玻璃、0.5-1份古马隆树脂、0.1-0.3份助磨剂、2-5份矿化剂；
所述的改性沸石，其制备方法具体包括以下步骤：
步骤1、将钛酸酯溶于稀释剂中，加入天然沸石；
步骤2、将步骤1的溶液加温搅拌；
步骤3、静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中110-120℃条件下烘干3-5h，得到改性沸石；
所述一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、将助磨剂分成二份，分别加入煤矸石，憎水珍珠岩和海泡石中，再分别先后用颚式破碎机和球磨机磨细，各组分进入颚式破碎机研磨20-30min，煤矸石进入球磨机研磨后要求过40μm方孔筛筛余不大于10%，其余组分进入球磨机研磨后要求过80μm方孔筛筛余不大于10%；
步骤2、将磨细的煤矸石、憎水珍珠岩、海泡石混合后烘干水分得到生料；
步骤3、将矿化剂和生料混合后加入至煅烧炉中，从室温缓慢升高温度至500-600℃，煅烧5-10min，继续升温至800-950℃，煅烧20-30min，最后升温至1000-1150℃，煅烧1-1.5h，得到熟料；
步骤4、将熟料放入篦冷机中冷却；
步骤5、将冷却后的熟料和亚硝酸钠加入混合机中，转数110-130r/min下混合15-20min；
步骤6、先后用颚式破碎机和球磨机将石灰石、改性沸石、石膏一起磨细，熟料中再加入磨细的石灰石、改性沸石、石膏，水玻璃、古马隆树脂，转数150-200r/min下混合5-10min，即得到最终产品。
2.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述助磨剂为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙二醇、木钙、聚合多元醇、聚合醇胺、聚醚醇胺中的一种或多种组合。
3.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述矿化剂为BaO与MgCO3质量比为1:3-5混合而成。
4.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述改性沸石制备方法步骤1中钛酸酯为异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，加入量为天然沸石质量的0.3%-0.5%；稀释剂为石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，加入量为天然沸石质量的3-5倍。
5.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述改性沸石制备方法步骤2中加热温度为30-40℃，搅拌速率为1000-1200r/min，搅拌时间为15-20min。
6.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述水泥制备方法步骤2中烘干后生料水分≤1%。
7.如权利要求1所述的一种采用废料的高强度、高抗水性水泥，其特征在于，所述水泥制备方法步骤4中熟料冷却5-7min至70-110℃。
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