CN115259707B - 一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法 - Google Patents

一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法 Download PDF

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Abstract

一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法，使用Al2O3与天然高镁石灰石配制原料，所述天然高镁石灰石中的MgO含量为5％～23％；使用Fe2O3，SiO2，Na2CO3，K2CO3，TiO2，CaSO4，P2O5配制调整料；将原料和调整料按照(20：1)～(2：1)的质量比混合，粉磨后煅烧；冷却至常温，得到方镁石含量较低的铝相。本发明从根本上改变了MgO在熟料中的存在形式，降低了高镁熟料压蒸膨胀效果。

Description

一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法
技术领域
本发明属于水泥熟料制备技术领域，特别涉及一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法。
背景技术
石灰石在水泥生产中提供CaO。Mg与Ca同属碱土金属族，具有相近的离子半径
Figure BDA0003784757910000011
大陆地壳中的Mg，Ca元素摩尔比为1.06，在石灰石形成过程中，往往伴生着白云石。以含镁石灰石为主要钙质原料制备的熟料中，MgO含量超过2％的部分主要形成方镁石，高温煅烧的方镁石结构稳定，水化缓慢。缓慢水化形成的氢氧化镁产生的体积膨胀威胁水泥混凝土的长期安定性。
随着低镁高品质石灰石日益耗竭，使用高镁石灰石煅烧水泥熟料成为很多水泥生产厂家的面临的难题。为降低高镁水泥压蒸膨胀，水泥企业一般使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料稀释水泥中的MgO含量等方法，降低水泥压蒸膨胀。这种方法降低幅度有限，治标不治本，且随着矿物掺合料的掺加，降低了水泥3d力学强度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法，以从根本上改变MgO在熟料中的存在形式，降低高镁熟料压蒸膨胀效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法，包括如下步骤：
第一步，使用Al2O3与天然高镁石灰石配制原料，所述天然高镁石灰石中的MgO含量为5％～23％；
第二步，使用Fe2O3，SiO2，Na2CO3，K2CO3，TiO2，CaSO4，P2O5配制调整料；
第三步，将原料和调整料按照(20：1)～(12：1)的质量比混合，粉磨后煅烧；
第四步，冷却至常温，得到方镁石含量较低的铝相。
在一个实施例中，所述天然高镁石灰石中的CaO和所述Al2O3的质量比介于0.50～1.70之间。
在一个实施例中，所述调整料中的CaSO4以CaSO4·2H2O和/或CaSO4·1/2H2O的形式配入。
在一个实施例中，以重量百分比计，所述调整料中：
Fe2O3，1～60％；SiO2，1～40％；Na2CO3，0～20％；K2CO3，0～20％；TiO2，0～10％；CaSO4，0～10％；P2O5，0～10％。
在一个实施例中，所述调整料中还包括CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2中的一种或多种。
在一个实施例中，以重量百分比计，所述CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2在调整料中的含量为：
CuO，0～5％；BaO，0～5％；WO3，0～5％；PbO，0～5％；MnO2，0～5％。
在一个实施例中，所述煅烧，升温速率为2℃/min～20℃/min，升高到1200～1450℃，保温30min～180min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)工艺简单，本方法所涉及的具体步骤都是水泥熟料煅烧常见方法。
(2)降低方镁石含量效果明显，一般可降低至3％以下。
(3)通过形成Ca20Al26Mg3Si3O68和Ca3MgAl4O10等含镁化合物，促进MgO在铝相中的固溶，从而根本上解决方镁石延迟膨胀的问题。
附图说明
图1是使用本方法制备的铝相XRD图。
图2是低方镁石含量的铝相XRD图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
一般地，天然高镁石灰石中的MgO含量高达5％～23％，为了从根本上解决方镁石导致的水泥水化膨胀问题，几种可能的途径是在熟料矿物中形成含镁化合物，或者使得水化产物中减少氢氧化镁形成量，或者将水化产物中的氢氧化镁转化为其他水化产物。
为此，本发明采用了形成含镁化合物，促进天然高镁石灰石中的MgO在铝相中固溶的途径，其具体的步骤如下：
第一步，使用Al2O3与天然高镁石灰石配制原料。本发明中，以天然高镁石灰石中的CaO计量，通过该部分CaO与Al2O3的质量比在0.50～1.70之间，控制Al2O3相对于天然高镁石灰石的用量。
第二步，使用Fe2O3，SiO2，Na2CO3，K2CO3，TiO2，CaSO4，P2O5配制调整料。
其中，CaSO4以CaSO4·2H2O和/或CaSO4·1/2H2O的形式配入。
以重量百分比计，调整料中组分含量为：Fe2O3，1～60％；SiO2，1～40％；Na2CO3，0～20％；K2CO3，0～20％；TiO2，0～10％；CaSO4，0～10％；P2O5，0～10％。
各组分的端值为零时，表明该组分可以不添加。
本发明调整料中，Fe2O3主要用于降低液相出现温度，形成的C4AF也能够吸收更多的MgO，SiO2主要用于提供形成含镁化合物Ca20Al26Mg3Si3O68所需的SiO，Na2CO3和K2CO3主要用于控制形成更多的正交晶型的Ca3Al2O6，TiO2主要用于稳定固溶于C4AF中的MgO，CaSO4和P2O5主要用于稳定固溶于Ca3Al2O6和C4AF中的MgO。
进一步地，本发明的调整料中还可加入CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2中的一种或多种。同样以重量百分比计，各组分的含量为：CuO，0～5％；BaO，0～5％；WO3，0～5％；PbO，0～5％；MnO2，0～5％。同样地，各组分的端值为零时，表明该组分可以不添加。CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2的少量添加，可以在一定程度上提高最终产品的强度，并且由于其分子量均远大于MgO，也能对抑制膨胀起到一定的作用。
第三步，将原料和调整料按照(20：1)～(12：1)的质量比混合，粉磨后煅烧。煅烧采用常规工艺，即升温速率2℃/min～20℃/min，升高到1200～1450℃，保温30min～180min。
第四步，冷却至常温，得到方镁石含量较低(一般情况下可低于3％)的铝相。
通过上述反应过程，能够形成CaxAlyMgzSimOn和CaxMgzAlyOk等形式的含镁化合物，例如Ca20Al26Mg3Si3O68、Ca3MgAl4O10等，使得MgO的存在形式发生根本变化。这些化合物在熟料压蒸过程中基本不会膨胀，因而解决了方镁石延迟膨胀的问题。
以下是本发明的几个具体实施例。
实施例1
测定天然高镁石灰石中CaO含量为28.0％，MgO含量为22.4％，降低高镁铝相中方镁石含量的步骤如下：
第一步，将100g天然高镁石灰石与56gAl2O3，混合均匀成原料。
第二步，配制调整料，调整料中：60％Fe2O3，20％SiO2，5％Na2CO3，10％K2CO3，1％TiO2，1％CaSO4，3％P2O5。
第三步，将原料与调整料按照20：1的比例配制混合料，将混合料混合，粉磨。
第四步，将混合料按照20℃/min升温到1450℃，保温2h。
第五步，使用风扇快速冷却至常温，得到低方镁石含量的铝相。低方镁石含量的铝相XRD图见图1，可以看出，其中的MgO结合到Ca20Al26Mg3Si3O68和Ca3MgAl4O10中，方镁石的衍射峰较低。
实施例2
测定天然高镁石灰石中CaO含量为46.0％，MgO含量为5.6％，降低高镁铝相中方镁石含量的步骤如下：
第一步，将100g天然高镁石灰石与28gAl2O3，混合均匀成原料。
第二步，配制调整料，调整料中：40％Fe2O3，30％SiO2，15％Na2CO3，10％K2CO3，2％TiO2，2％CaSO4，1％P2O5。
第三步，将原料与调整料按照16：1的比例配制混合料，将混合料混合，粉磨。
第四步，将混合料按照10℃/min升温到1400℃，保温2h。
第五步，使用风扇快速冷却至常温，得到低方镁石含量的铝相。低方镁石含量的铝相XRD图见图2，可以看出，其中的MgO结合到Ca20Al26Mg3Si3O68和Ca3MgAl4O10中，方镁石的衍射峰较低。
实施例3
测定天然高镁石灰石中CaO含量为30.0％，MgO含量为20.1％，降低高镁铝相中方镁石含量的步骤如下：
第一步，将100g天然高镁石灰石与18gAl2O3，混合均匀成原料。
第二步，配制调整料，调整料中：25％Fe2O3，20％SiO2，15％Na2CO3，15％K2CO3，5％TiO2，10％CaSO4，5％P2O5，5％BaO。
第三步，将原料与调整料按照15：1的比例配制混合料，将混合料混合，粉磨。
第四步，将混合料按照2℃/min升温到1200℃，保温3h。
第五步，使用风扇快速冷却至常温，得到低方镁石含量的铝相。
实施例4
测定天然高镁石灰石中CaO含量为38.0％，MgO含量为14.9％，降低高镁铝相中方镁石含量的步骤如下：
第一步，将100g天然高镁石灰石与23.5gAl2O3，混合均匀成原料。
第二步，配制调整料，调整料中10％Fe2O3，40％SiO2，15％Na2CO3，15％K2CO3，5％TiO2，13％CaSO4，2％P2O5。
第三步，将原料与调整料按照12：1的比例配制混合料，将混合料混合，粉磨。
第四步，将混合料按照2℃/min升温到1200℃，保温3h。
第五步，使用风扇快速冷却至常温，得到低方镁石含量的铝相。
实施例5
测定天然高镁石灰石中CaO含量为43.1％，MgO含量为10.5％，降低高镁铝相中方镁石含量的步骤如下：
第一步，将100g天然高镁石灰石与26.8gAl2O3，混合均匀成原料。
第二步，配制调整料，调整料中15％Fe2O3，35％SiO2，10％Na2CO3，10％CaSO4，10％P2O5，5％CuO，5％WO3，5％PbO，5％MnO2。
第三步，将原料与调整料按照13：1的比例配制混合料，将混合料混合，粉磨。
第四步，将混合料按照4℃/min升温到1200℃，保温3h。
第五步，使用风扇快速冷却至常温，得到低方镁石含量的铝相。

Claims (5)

1.一种降低高镁铝相中方镁石含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，使用Al2O3与天然高镁石灰石配制原料，所述天然高镁石灰石中的MgO含量为5％～23％，CaO和所述Al2O3的质量比介于0.50～1.70之间；
第二步，使用Fe2O3，SiO2，Na2CO3，K2CO3，TiO2，CaSO4，P2O5配制调整料；以重量百分比计，所述调整料中：
Fe2O3，1～60％；SiO2，1～40％；Na2CO3，0～20％；K2CO3，0～20％；TiO2，0～10％；CaSO4，0～10％；P2O5，0～10％；
第三步，将原料和调整料按照(20：1)～(12：1)的质量比混合，粉磨后煅烧；
第四步，冷却至常温，得到方镁石含量较低的铝相。
2.根据权利要求1所述降低高镁铝相中方镁石含量的方法，其特征在于，所述调整料中的CaSO4以CaSO4·2H2O和/或CaSO4·1/2H2O的形式配入。
3.根据权利要求1所述降低高镁铝相中方镁石含量的方法，其特征在于，所述调整料中还包括CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述降低高镁铝相中方镁石含量的方法，其特征在于，以重量百分比计，所述CuO，BaO，WO3，PbO，MnO2在调整料中的含量为：
CuO，0～5％；BaO，0～5％；WO3，0～5％；PbO，0～5％；MnO2，0～5％。
5.根据权利要求1所述降低高镁铝相中方镁石含量的方法，其特征在于，所述第三步的煅烧，升温速率为2℃/min～20℃/min，升高到1200～1450℃，保温30min～180min。
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