CN114835414A - 硅酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法，所述方法包括：(1)将煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料混合后得到混合原料，将所述混合原料进行第一粉磨处理，得到水泥生料；(2)将所述水泥生料经预热、煅烧、第二粉磨处理，得到所述硅酸盐水泥熟料；其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料的重量比为20‑50：60‑70：10‑20。本发明提供的硅酸盐水泥熟料的制备方法可有效解决残渣萃余物固废对环境的污染，并减少硅酸盐水泥原料的资源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法。
背景技术
硅酸盐水泥是由硅酸盐熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料。随着现代工业的发展，工业建设和军事工程对硅酸盐水泥的需求日益增加，对资源和能源的消耗迅速增大，不利于经济的可持续发展。国家能源集团的百万吨级煤直接液化示范装置每年产30Wt左右的液化残渣，经过萃取分离后仍然有15Wt左右的萃余物固废无法妥善处理。随着国家煤液化产业的布局，将会产生更多的煤直接液化残渣萃余物固废。煤直接液化残渣萃余物固废堆积放置，占用大量土地，污染环境。因此，如何将煤直接液化残渣萃余物固废回收利用是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的煤直接液化残渣萃余物回收利用问题，提供了一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其中，所述方法包括：
(1)将煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料混合后得到混合原料，将所述混合原料进行第一粉磨处理，得到水泥生料；
(2)将所述水泥生料经预热、煅烧、第二粉磨处理，得到所述硅酸盐水泥熟料；
其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料的重量比为20-50：60-70：10-20。
本发明第二方面提供了一种根据前述第一方面所述的方法制备得到的硅酸盐水泥熟料。
通过上述技术方案，本发明提供的硅酸盐水泥熟料及其制备方法具有如下有益效果：
(1)将煤直接液化残渣萃余物固废替代部分原料生产硅酸盐水泥熟料，可有效解决残渣萃余物固废对环境的污染，并资源化利用，完全满足水泥对铁质原料的需求，部分满足对钙质原料、硅质原料及铝质原料的需求，减少硅酸盐水泥原料的资源消耗，且煤炭性质稳定，经过液化后残渣萃余物固废的组成变化较小，作为原料生产水泥熟料，可保证水泥质量的稳定；
(2)煤直接液化残渣萃余物固废的粒度均匀(粒度为0.5-4mm的煤直接液化残渣萃余物的质量百分比在70％以上)，便于均化、细磨，节约电耗；
(3)煤直接液化残渣萃余物固废具有一定发热量(20MJ/kg以上)，可减少生料煅烧过程对其他能源的消耗，提高经济效益；
(4)煤直接液化残渣萃余物固废在煅烧过程中产生方镁石系游离状态的氧化镁晶体，可与熟料矿物结合成固溶体，溶于液相中，能够有效降低水泥熟料烧成温度30-40℃，增加液相数量，降低液相黏度，有利于熟料形成。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其中，所述方法包括：
(1)将煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料混合后得到混合原料，将所述混合原料进行第一粉磨处理，得到水泥生料；
(2)将所述水泥生料经预热、煅烧、第二粉磨处理，得到所述硅酸盐水泥熟料；
其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料的重量比为20-50：60-70：10-20。
在本发明中，所述煤直接液化残渣萃余物的粒度均匀，便于均化、细磨，能够节约电耗；优选地，粒度为0.5-4mm的煤直接液化残渣萃余物的数量占总量的在70％以上。
在本发明中，所述煤直接液化残渣萃余物中含有大量黏土质原料(灰成分中SiO2含量20％左右和Al2O3含量7％左右)、部分石灰质原料(灰成分中CaO含量20％左右)及铁质原料(灰成分中Fe2O3含量30％左右)等，符合硅酸盐水泥熟料对原料组成的要求，由于煤直接液化过程加入的含铁催化剂最终都富集到所述煤直接液化残渣萃余物中，导致其铁含量较高，因此，在本发明提供的技术方案中，需要首先保证水泥熟料中Fe2O3含量合格，然后再补充石灰质原料(即钙质原料)和黏土质原料(即硅质原料)，以保证煅烧后的水泥熟料各氧化物含量在合理范围；优选地，水泥熟料中各氧化物及其质量含量为：CaO：62-67％，SiO2：20-24％，Fe2O3：2.5-6.0％，Al2O3：4-7％。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物为煤直接液化残渣经过有机溶剂萃取后得到的萃余物；优选地，所述煤直接液化残渣萃余物为国家能源集团百万吨级煤直接液化示范装置减压蒸馏后的残渣经过有机溶剂萃取的萃余物。
在本发明的一种优选实施方式中，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、正庚烷、苯、甲苯、四氢萘、四氢呋喃、糠醛、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、喹啉、洗油、煤液化产生的馏分油和煤焦油的馏分油中的至少一种。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物中有机质的质量含量为50-65％。
在本发明中，所述煤直接液化残渣萃余物具有一定发热量，可减少生料煅烧过程对其他能源的消耗，提高经济效益；优选地，所述煤直接液化残渣萃余物的Qgr,d大于等于20MJ/kg。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(1)中，所述钙质原料为石灰岩，所述硅质原料为煤矸石。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(1)中，所述第一粉磨处理的过程包括：将所述混合原料粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为5-13％。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(2)中，所述预热处理的温度为900-1000℃，时间为40-80min。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(2)中，所述煅烧的温度为1300-1450℃，时间为60-80min。
在本发明中，所述煤直接液化残渣萃余物在煅烧过程中产生方镁石系游离状态的氧化镁晶体，可与熟料矿物结合成固溶体，溶于液相中，能够有效降低水泥熟料烧成温度30-40℃，增加液相数量，降低液相黏度，有利于熟料形成。
在本发明的一种优选实施方式中，其中，在步骤(2)中，所述第二粉磨处理的过程包括：将所述水泥生料经预热、煅烧处理后粉磨至比表面积为350-400m2/kg。
本发明第二方面提供了一种根据前述第一方面所述的方法制备得到的硅酸盐水泥熟料。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例和对比例制得的水泥产品按GB/T 17671-2021《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》测定水泥试块在凝结3d、28d的抗折强度和抗压强度；
水泥生产的三率值公式如下：
石灰饱和比：KH＝(CaO-1.85Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2
硅率：N＝SiO2/(Al2O3+Fe2O3)
铝率：P＝Al2O3/Fe2O3
实施例所用的煤直接液化残渣萃余物为国家能源集团百万吨级煤直接液化示范装置减压蒸馏后的残渣经过煤液化油的220-350℃馏分油萃取的萃余物，其中，煤直接液化残渣萃余物的有机质的质量含量为61.25％，Qgr,d为21.50MJ/kg，实施例和对比例使用的煤直接液化残渣萃余物、钙质原料(石灰岩)、硅质原料(煤矸石)和铁质校正原料的化学组成及质量含量如表1所示：
表1
实施例1
按重量份数计算，将煤直接液化残渣萃余物42份、石灰岩68.8份、煤矸石15.4份混合，再粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为10％，得到水泥生料，将所述水泥生料在900℃的预热室内加热60min后，喷入回转窑，然后在1375℃温度下煅烧60min，再粉磨至比表面积为350m2/kg，得到硅酸盐水泥熟料。硅酸盐水泥熟料的水泥三率值分别为KH＝1.04，N＝1.81，P＝1.61。硅酸盐水泥熟料的抗压强度/抗折强度(MPa)分别为3天＝28.1/4.6；28天＝61.1/7.5。
实施例2
按重量份数计算，将煤直接液化残渣萃余物48.3份、石灰岩64份、煤矸石17.5份混合，再粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为10％，得到水泥生料，将所述水泥生料在900℃的预热室内加热60min后，喷入回转窑，然后在1365℃温度下煅烧60min，再粉磨至比表面积为400m2/kg，得到硅酸盐水泥熟料。硅酸盐水泥熟料的水泥三率值分别为KH＝0.83，N＝1.80，P＝1.60。硅酸盐水泥熟料的抗压强度/抗折强度(MPa)分别为3天＝28.5/4.6；28天＝62/7.5。
实施例3
按重量份数计算，将煤直接液化残渣萃余物49份、石灰岩65份、煤矸石16.4份混合，再粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为10％，得到水泥生料，将所述水泥生料在900℃的预热室内加热60min后，喷入回转窑，然后在1365℃温度下煅烧60min，再粉磨至比表面积为380m2/kg，得到硅酸盐水泥熟料。硅酸盐水泥熟料的水泥三率值分别为KH＝0.90，N＝1.76，P＝1.52。硅酸盐水泥熟料的抗压强度/抗折强度(MPa)分别为3天＝28.5/4.5；28天＝62/7.6。
对比例1
按重量份数计算，将铁质校正原料3.9份、石灰岩75.7份、煤矸石20.4份混合，再粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为10％，得到水泥生料，将所述水泥生料在900℃的预热室内加热60min后，喷入回转窑，然后在1400℃温度下煅烧60min，再粉磨至比表面积为380m2/kg，得到硅酸盐水泥熟料。硅酸盐水泥熟料的水泥三率值分别为KH＝0.90，N＝1.87，P＝1.62。硅酸盐水泥熟料的抗压强度/抗折强度(MPa)分别为3天＝28/4.5；28天＝61/7.5。
实施例和对比例采用了相同的钙质原料和硅质原料，与对比例相比，实施例水泥熟料的煅烧温度降低最多35℃，叠加残渣萃余物本身具有较高发热量的优势，显著降低了能源消耗；抗压强度/抗折强度也均有一定程度的增强，说明采用煤直接液化残渣萃余物固废代替部分原料生产优质硅酸盐水泥熟料具有一定优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料混合后得到混合原料，将所述混合原料进行第一粉磨处理，得到水泥生料；
(2)将所述水泥生料经预热、煅烧、第二粉磨处理，得到所述硅酸盐水泥熟料；
其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物、钙质原料、硅质原料的重量比为20-50：60-70：10-20。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物为煤直接液化残渣经过有机溶剂萃取后得到的萃余物；
优选地，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、正庚烷、苯、甲苯、四氢萘、四氢呋喃、糠醛、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、喹啉、洗油、煤液化产生的馏分油和煤焦油的馏分油中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物中有机质的质量含量为50-65％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述煤直接液化残渣萃余物的Qgr,d大于等于20MJ/kg。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述钙质原料为石灰岩，所述硅质原料为煤矸石。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述第一粉磨处理的过程包括：将所述混合原料粉磨至0.08mm方孔筛筛余质量含量为5％-13％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述预热处理的温度为900-1000℃，时间为40-80min。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述煅烧的温度为1300-1450℃，时间为60-80min。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述第二粉磨处理的过程包括：所述水泥生料经预热、煅烧处理后粉磨至比表面积为350-400m2/kg。
10.一种硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料由权利要求1-9中任意一项所述的方法制得。
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