CN115557720A - 一种水泥熟料矿化增强剂 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
本发明公开了一种水泥熟料矿化增强剂,涉及水泥工艺外加剂技术领域,按重量份数包括以下原料:活化混合材30‑55重量份、废氟化合物20‑35重量份、辅助组分7‑20重量份本发明充分利用了稀土尾矿和废氟化合物,减少环境污染了且实现了资源再利用,降低了水泥熟料烧成温度、加快熟料烧成速度,增加早强活性成分,从而达到节能降耗、提高产量、提高强度、降低成本、减少排放的目的。
Description
技术领域
本发明属于水泥工艺外加剂技术领域,具体涉及一种水泥熟料矿化增强剂。
背景技术
据统计,国内水泥产量于2014年达到24.8亿吨的高峰,此后总产量进入平台期,2020年,我国水泥产量23.77亿吨,约占全球水泥总产量55%,排放CO2约14.66亿吨,约占全国碳排放总量14.3%。吨水泥、吨水泥熟料CO2排放量分别约为616.6kg、865.8kg。水泥行业面临非常严峻的减排压力,任务艰巨,降低水泥行业碳排放对未来实现双碳具有重要意义。
熟料生产过程中CO2排放50-65%来源于石灰石分解,35%左右来源于燃煤,因此决定水泥生产成本关键因素是熟料煅烧。水泥熟料的烧成是一个固-固、固-液反应的过程,在熟料的生产过程中,CaCO3的分解、液相的形成等过程需要消耗大量的能量。改善水泥熟料的生成条件,促进水泥熟料的生成,有利于实现水泥行业的节能减排,实现水泥行业碳达峰、碳中和。而在生料中加入少量矿化材料,是改善生料易烧性的一种有效方式。但现有市场上的矿化材料存在如下缺陷:在使用以往矿化材料的使用过程中,质量稳定性波动较大、烧结窑内容易结圈;矿化材料中引入大量钾、钠、镁元素,属于水泥生产的有害成分,严重影响水泥烧成工况,且破坏熟料中的有用矿物,影响水泥熟料质量,在水化过程后期,降低水泥强度,产生体积膨胀,甚至破坏水泥体。
发明内容
本发明的目的是发明一种具有复合原料矿化效果的外加剂,其特点是充分利用稀土尾矿和废氟化合物,目的之一是减少环境污染资源再利用,目的之二是降低水泥熟料烧成温度、加快熟料烧成速度,增加早强活性成分,从而达到节能降耗、提高产量、提高强度、降低成本、减少排放的目的。
本发明所要解决的技术问题:提供一种水泥熟料矿化增强剂,促进原料中碳酸盐的分解,改善固相反应条件,降低烧成温度,加速熟料矿物的形成,改善生料易烧性,降低能耗,推动水泥行业的绿色可持发展。
一种水泥熟料矿化增强剂,按重量份数包括以下原料:活化混合材30-55重量份、废氟化合物20-35重量份、辅助组分7-20重量份。
优选地,所述活化混合材为经活化分选富集的稀土尾矿。
优选地,所述稀土尾矿中的稀土矿物、萤石矿物和锶钡矿物的质量百分比为≤6%;SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO的质量百分比为70-90%。
优选地,所述活化分选富集的具体步骤为:通过酸碱预处理-气基磁化焙烧-磁选将稀土尾矿中的稀土矿物、萤石和锶钡矿物分选富集。
优选地,所述酸碱预处理所用试剂为:氢氧化钙和柠檬酸。
优选地,所述废氟化合物来源于半导体加工厂,是由硅片腐蚀气体即含氟废气(CF2、CHF3、C4F8)经废气处理系统处理后再依次经固定、烘干、研磨制成的废氟化合物粉。
优选地,所述废氟化合物的废气处理系统具体处理方法为,将含氟废气吸收于水中,并分批加入氢氧化钙,碳酸钙或其混合物及硫酸钙,将所得的沉淀过滤,即可固定废气得到废氟化合物,主要为氟化钙(CaF2)。
优选地,将固定废气得到的废氟化合物在105℃下烘干2h后,在室温下使用行星研磨20~30min得到废氟化合物粉。
优选地,处理后的废氟化合物粉需含有60%~80%的氟化钙。
优选地,所述辅助组分由重量百分比的原料组成:柠檬酸0.5-1重量份、甘醇酸0.5-2重量份、硫酸钠1-2重量份,硫酸铁铵0-2重量份、水4-15重量份。
本发明获得的有益效果:
1.本发明中柠檬酸,一方面可与碳酸钙形成有机酸钙盐,有机酸钙盐离解出的有机产物燃烧时释放出能量;另一方面可燃烧释放出能量,使得局部区域温度升高,促使部分CaCO3提前分解形成CaO和CO2,明显降低硅酸盐水泥熟料的烧成温度和提高水泥质量;甘醇酸同样可促进生料中碳酸盐的分解;硫酸钠等无机盐加入可以降低反应体系的反应势能,降低液相粘度;硫酸铁铵可增加液相量,有助于煅烧过程中的扩散过程,促进固相溶解;活性混合材含有的稀土离子可引起扩散介质原子应力场发生畸变,增加空位缺陷,降低扩散活化能,提高质点扩散速度,加快固相反应速度,促进矿物的形成,改善水泥熟料的性能;混合材中的稀土氧化物有利于熟料矿物的均匀分布,酸碱预处理后,进一步增加反应活性,形成的尺寸细小均匀、形状规则、发育良好的A矿,有效改善熟料的物理力学性能。废氟化合物可促进碳酸盐分解,加强碱的氧化物的挥发,促进Si-O键断裂。同时在熟料煅烧过程中,废氟化合物的引入能增加熔剂性矿物含量,降低系统最低共熔温度,为C3S的生成创造良好的结晶条件,促进C3S的形成。
2.本发明所提供水泥熟料矿化增强剂可促进碳酸盐的低温分解,加速熟料煅烧时固-固、固-液反应速度,有效降低水泥熟料制备时的能耗,实现水泥工业节能减排,是一种性能优异的水泥原料矿化剂。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例1:
一种水泥熟料矿化增强剂,包括以下重量百分比的原料制备而成:活化混合材30-55重量份、废氟化合物20-35重量份、辅助组分7-20重量份;稀土尾矿中的稀土矿物、萤石矿物和锶钡矿物的质量百分比为≤6%;SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO的质量百分比为70-90%。
取稀土尾矿700g,通过1.00mm的筛子筛分,取筛后下试样加入Ca(OH)2,不断研磨后放入圆盘造球机,将造出的球团干燥后在580℃下进行磁化焙烧,焙烧结束后过筛。将筛后样品与0.01mol/L柠檬酸溶液按质量比10:1混合搅拌。采用湿式磁选管对物料进行磁选,磁选后的物料在110℃下烘干2h,得到活化混合材。
所述废氟化合物具体制备包括如下步骤:将半导体加工厂由硅片的腐蚀气体,即含氟废气(CF2、CHF3、C4F8),将含氟废气吸收于水中,并分批加入氢氧化钙,碳酸钙或其混合物及硫酸钙,将所得的沉淀过滤,即可固定废气得到的废氟化合物在105℃下烘干2h后,在室温下使用行星研磨20~30min得到废氟化合物粉。处理后的废氟化合物粉需含有60%~80%的氟化钙。
分别称取6.5g硫酸钠、3g甘醇酸、3g柠檬酸,依次加入到40g水中,与水混合后,搅拌均匀,获得混合物,即为辅助组分。
将活化混合材倒入A搅拌器内,再将废氟化合物依次加入,开启搅拌10分钟后停止搅拌;将所称取的辅助组分依次加入B搅拌器,加适量水,搅拌10分钟,将B釜混合溶液加入A釜混合物中,继续搅拌20分钟,然后将混合物倒入造粒设备中进行造粒处理,并将造粒后后的混合物进行105℃烘干处理,确保混合物含水量<1%即可获得本申请的水泥熟料矿化增强剂。
应用例1:
将水泥生料与实施例1制备的水泥熟料矿化增强剂按一定质量比进行配制;提供包含至少CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3源的生料,将上述复合原料矿化剂加入按不同比例加入到水泥生料中,混合均匀,在1350℃、1450℃烧结所述生料得到水泥熟料。
本实施例中水泥生料为巢湖海螺水泥有限公司生产的生料,成分按重量份数计包括石灰石91份,砂岩6份和铁质3份。
应用例2:其余均与应用例1相同,不同之处在于:不添加水泥熟料矿化增强剂。
应用例3:其余均与应用例1相同,不同之处在于:水泥熟料矿化增强剂中活化混合材、废氟化合物与辅助组分的质量比分别为55:25:20。
应用例4:其余均与应用例1相同,不同之处在于:水泥熟料矿化增强剂中活化混合材、废氟化合物与辅助组分的质量比分别为55:30:20。
应用例5:其余均与应用例1相同,不同之处在于:水泥熟料矿化增强剂中活化混合材、废氟化合物与辅助组分的质量比分别为55:25:15。
应用例6:其余均与应用例1相同,不同之处在于:水泥熟料矿化增强剂中活化混合材、废氟化合物与辅助组分的质量比分别为45:25:20。
对比例1:与应用例4相比,所添加的活化混合材替换为市售稀土矿粉,其余均与应用例4相同。
对比例2:与应用例4相比,所添加的氟化合物尾矿替换为萤石尾矿,其余均与应用例4相同。
对比例3:与应用例4相比,所添加的氟化合物尾矿替换为萤石粉,其余均与应用例4相同。
对比例4:与应用例4相比,所添加的辅助组分中甘醇酸的替换为劳伦酸,其余均与应用例4相同。
对比例5:与应用例4相比,所添加的辅助组分中柠檬酸的替换为酒石酸,其余均与应用例4相同。
性能测试:
(1)分解率测试
将生料粉在105℃温度下烘干2h,将水泥生料添加剂按不同掺量与生料粉混合均匀,每个坩埚装1g混合后的生料粉、平摊均匀后,在750℃下分别煅烧30min,测其烧失量,结果如表1所示:
表1分解率测试结果
(2)水泥熟料煅烧性能
将生料试体在105℃烘干3h,移入950℃煅烧30分钟,然后快速移入高温炉中在1350℃和1450℃中分别煅烧30分钟,急冷后测定其游离氧化钙,如表2所示。
表2游离氧化钙含量测试结果
由表1、2结果可知,水泥熟料矿化增强剂不仅具有促进分解的效果,在此基础上还降低了熟料中游离氧化钙的含量,改善了生料的易烧性。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (9)
1.一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,按重量份数包括以下原料:活化混合材30-55重量份、废氟化合物20-35重量份、辅助组分7-20重量份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述活化混合材为经活化分选富集的稀土尾矿。
3.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述稀土尾矿中的稀土矿物、萤石矿物和锶钡矿物的质量百分比为≤6%;SiO2、Fe2O3、Al2O3和CaO的质量百分比为70-90%。
4.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述活化分选富集的具体步骤为:通过酸碱预处理-气基磁化焙烧-磁选将稀土尾矿中的稀土矿物、萤石和锶钡矿物分选富集。
5.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述酸碱预处理所用试剂为:氢氧化钙和柠檬酸。
6.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述废氟化合物来源于半导体加工厂,是由硅片腐蚀气体即含氟废气(CF2、CHF3、C4F8)经废气处理系统处理后再依次经固定、烘干、研磨制成的废氟化合物粉。
7.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述废氟化合物的废气处理系统具体处理方法为,将含氟废气吸收于水中,并分批加入氢氧化钙,碳酸钙或其混合物及硫酸钙,将所得的沉淀过滤,即可固定废气得到废氟化合物,将固定废气得到的废氟化合物在105℃下烘干2h后,在室温下使用行星研磨20~30min得到废氟化合物粉。
8.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,处理后的废氟化合物粉含有60%~80%的氟化钙。
9.根据权利要求1所述的一种水泥熟料矿化增强剂,其特征在于,所述辅助组分由重量百分比的原料组成:柠檬酸0.5-1重量份、甘醇酸0.5-2重量份、硫酸钠1-2重量份,硫酸铁铵0-2重量份、水4-15重量份。
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