CN115677243A - 一种新型低碳水泥熟料及其制备方法 - Google Patents
一种新型低碳水泥熟料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115677243A CN115677243A CN202211569679.7A CN202211569679A CN115677243A CN 115677243 A CN115677243 A CN 115677243A CN 202211569679 A CN202211569679 A CN 202211569679A CN 115677243 A CN115677243 A CN 115677243A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum
- novel low
- cement clinker
- clinker
- raw materials
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 47
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 20
- GQCYCMFGFVGYJT-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[S] Chemical compound [AlH3].[S] GQCYCMFGFVGYJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 51
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 12
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims description 11
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 5
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims description 5
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 abstract description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 29
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 6
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 6
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical group [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N molybdenum;silicon Chemical compound [Mo]#[Si] GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012856 weighed raw material Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 2
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 2
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021534 tricalcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
- C04B7/434—Preheating with addition of fuel, e.g. calcining
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/32—Aluminous cements
- C04B7/323—Calcium aluminosulfate cements, e.g. cements hydrating into ettringite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/34—Hydraulic lime cements; Roman cements ; natural cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/345—Hydraulic cements not provided for in one of the groups C04B7/02 - C04B7/34
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/361—Condition or time responsive control in hydraulic cement manufacturing processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
- C04B7/47—Cooling ; Waste heat management
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/48—Clinker treatment
- C04B7/52—Grinding ; After-treatment of ground cement
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
一种新型低碳水泥熟料及其制备方法。涉及水泥制备技术领域。熟料包括以下率值范围：碱度系数C：1.0≤C≤1.5，铝硫比P：P＜1.92，铝硅比N：N＜1，石灰饱和系数Cs：0.9≤Cs＜1.0；所述石灰饱和系数Cs考虑了SO3成分含量，对碱度系数C进行校正而得；然后，根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成，或根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，先设定具体的率值参数，再反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；本发明预期可以广泛应用，大量替代传统硅酸盐水泥水泥，助力水泥行业低碳可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及水泥制备技术领域，特别是涉及一种新型低碳水泥熟料及制备方法。
背景技术
我国水泥工业年排放CO2约13亿吨，约占工业排放总量的13%，其碳减排刻不容缓。通用硅酸盐水泥和预分解窑（PC）水泥生产工艺技术，经历了百余年的生产实践和科技进步，工艺装备几经更新换代，目前能耗水平已经较低，继续降低能耗的潜力有限。然而根据我国社会经济发展需求，2060年我国水泥产量应维持在10亿吨以上的高位。因此，亟需突破传统硅酸盐水泥熟料体系，研发新型低碳水泥熟料，助力水泥行业早日实现双碳目标。
硅酸盐水泥中主要强度来源阿利特矿物（硅酸三钙C3S的固溶体），生成温度约1450℃，CaO含量高达73.7%。这也从根源上导致了硅酸盐水泥熟料的高碳排放。与阿利特（硅酸二钙C2S的固溶体）相比，贝利特中CaO含量为65.1%，且在温度高于1250℃下即可快速形成。因此与阿利特相比，贝利特碳排放较低，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应较低。无水硫铝酸钙（C4A3$）中CaO含量为36.8%，且形成温度较低（1300℃），因此更具有显著的节能和低碳排放的特点。硫硅酸钙（C5S2$）中CaO含量为58.33%，由贝利特和硬石膏在1150~1250℃反应形成，因此该矿物同样具有节能和低排放的特点。从碳排放综合计算分析，C3S、C2S、C4A3$和C5S2$几种矿物的碳排放分别为579kg/t、511kg/t、216kg/t和458kg/t。可见，发展以C2S、C4A3$和C5S2$等低钙低能耗矿物为主的新型低碳水泥熟料，是实现水泥行业碳减排的有效手段。
硫铝酸盐水泥熟料主要由C4A3$、C2S和铁铝酸钙C4AF等矿物组成。尽管硫铝酸盐水泥熟料也属于一种低碳熟料，但其在烧成时需要消耗大量不可再生资源—高品位矾土（Al2O3>60%），导致其价格昂贵，难以广泛推广和应用。另一方面，性能上，硫铝酸盐水泥后期强度增长乏力，甚至有强度倒缩的风险，主要应用于抢修抢建等特殊工程。
针上述技术缺陷，本发明通过提高硫铝酸盐水泥熟料中的贝利特含量，或引入硫硅酸钙，实现水泥熟料多元矿物间的组成优化匹配和性能的协同发挥，攻克传统硫铝酸盐水泥熟料后期性能发展不平衡难题，以期获得具有广泛推广意义的新型低碳水泥熟料。水泥熟料水化过程是多元组分的协同过程。针对该新型低碳水泥熟料体系，本专利提出了具体可控的熟料率值配料方案，解决了新型低碳熟料矿物之间的组成比例关系控制难题，实现了目的性和稳定性控制生产具有优异早后期性能的新型低碳熟料。
发明内容
本发明的目的在于提供针一种新型低碳水泥熟料的设计与制备方法。本发明提出了新的率值突破了传统硫铝酸盐水泥熟料的率值范围。所制备的新型低碳水泥熟料碳排放量大幅降低，且性能优异，早期强度和后期强度均超过普通硅酸盐水泥熟料。
本发明的一种新型低碳水泥熟料，熟料包括以下率值范围：
碱度系数C：1.0≤C≤1.5，
铝硫比P：P＜1.92，
铝硅比N：N＜1，
石灰饱和系数Cs：0.9≤Cs＜1.0；
所述石灰饱和系数Cs考虑了SO3成分含量，对碱度系数C进行校正而得；
然后，根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成，或根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，先设定具体的率值参数，再反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
再根据设定的新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导计算出多种所述原料的配比。
进一步地，多种所述原料包括：石灰石或低品位石灰石，铝矾土、低品位铝矾土、粉煤灰、铝灰、赤泥或煤矸石，磷石膏、脱硫石膏或硬石膏，砂岩或硅石，以及矿渣、钢渣、电石渣或锂渣，及类似工业固废。。
进一步地，各率值的计算方法如下：
式中CaO、Al2O3、SO3、SiO2及Fe2O3均为质量百分比。
本发明新型低碳水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：
1）、将多种原料进行化学组成测定，得多种原料的氧化物含量；
2）、按照碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
3）、再根据所述新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导出多种所述原料的配比；
4）、按多种所述原料的配比将多种所述原料进行磨细、混匀，得生料；
5）、将所述生料置于1100-1350℃煅烧30-120分钟；
6）、冷却，粉磨，制得。
借由上述技术方案，本发明的一种制备新型低碳水泥熟料的方法和应用至少具有下列优点：
第一、本发明突破传统硫铝酸盐水泥的率值范围，设计并提出了新型低碳水泥熟料的率值取值范围,能够目的性和稳定性控制新型低碳水泥熟料中各矿物的组成与含量比例关系，实现新型低碳水泥熟料生产过程的高效和科学性稳定控制。
第二、本发明提出的新型低碳水泥熟料的率值取值范围,可保证新型低碳水泥熟料的最佳矿物组成匹配关系，保证不同熟料矿物间的协同水化和性能稳定发挥，实现新型低碳水泥熟料具有优异的早中后期性能，可以替代硅酸盐水泥熟料使用。
第三、本发明针对传统熟料率值碱度系数C的不足，结合新型低碳水泥熟料矿物组成和含量特点，提出了校正后的新的率值指标石灰饱和系数Cs，使得新型低碳熟料的组成设计更加科学规范，也更加适用于实际生产工艺过程。
第四、本发明制备的新型低碳水泥熟料，减碳效果显著，烧成温度较硅酸盐水泥熟料可降低100℃以上，能耗降低10%以上，石灰石少用10%以上，CO2减排20%以上，有利于水泥行业“双碳”目标的实现。
第五、本发明制备的新型低碳水泥熟料原料来源广泛，低钙低碳化提高了低品位石灰石、磷石膏、粉煤灰、赤泥等各类低品位或工业固废原料的利用率，可显著降低企业生产成本，具有很好的经济和社会生态环境效益。
最后、本发明制备的新型低碳水泥熟料性能优异，其性能可与现有硅酸盐水泥熟料相比，甚至超过硅酸盐水泥熟料，预期可以广泛应用，大量替代传统硅酸盐水泥水泥，助力水泥行业低碳可持续发展。
附图说明
图1是本发明实施例1～3制备的水泥熟料的XRD图谱，
图2是本发明实施例1～3制备的新型低碳水泥熟料和普通硅酸盐基准水泥1d、3d、7d、28d的砂浆强度。
具体实施方式
本发明的一种新型低碳水泥熟料，熟料包括以下率值范围：
碱度系数C：1.0≤C≤1.5，
铝硫比P：P＜1.92，
铝硅比N：N＜1，
石灰饱和系数Cs：0.9≤Cs＜1.0；
所述石灰饱和系数Cs考虑了SO3成分含量，对碱度系数C进行校正而得；
然后，根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成，
或根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，先设定具体的率值参数，再反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
再根据设定的新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导出原料的配比。
之所以需要根据率值范围进行低碳水泥熟料的氧化物组成的设定，主要原因是：熟料的强度性能取决于多种矿物的水化反应交互与协同作用，该率值范围可保证熟料矿物组成处于最佳优化匹配状态。一方面该率值有利于熟料中硫硅酸钙、硅酸二钙等低活性矿物处于高胶凝活性结构状态，另一方面，该率值保证了新型熟料体系中关键矿物硫铝酸钙与游离石膏或硅酸二钙等矿物的含量比例处于最佳状态。更进一步地，这种设定可实现钙矾石等晶体类水化产物与水化硅酸钙C-S-H等凝胶体类水化产物在空间和时间实现最佳匹配和协同，保证该熟料体系具有优异的早、中后期性能。
进一步地，多种原料包括：石灰石或低品位石灰石，铝矾土、低品位铝矾土、粉煤灰、铝灰、赤泥或煤矸石，磷石膏、脱硫石膏或硬石膏，砂岩或硅石，以及矿渣、钢渣、电石渣或锂渣，及类似工业固废。也就是说，本发明可以选择使用一些低品位和工业固废类的原材料作为基础原料，使得原材料选材范围更广，且制造成本更低。
进一步地，各率值的计算方法如下：
式中CaO、Al2O3、SO3、SiO2及Fe2O3均为质量百分比。
本发明新型低碳水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：
1）、将多种原料进行化学组成测定，得多种原料的氧化物含量；
2）、按照碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
3）、再根据所述新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导出多种所述原料的配比；
4）、按多种所述原料的配比将多种所述原料进行磨细、混合，得生料；
5）、将所述生料置于1100-1350℃煅烧30-120分钟；
6）、冷却，粉磨，制得。
本发明的新型低碳水泥熟料相比于现有技术中含硫硅酸钙矿物熟料需二次烧成的现状，仅需一次烧成即可实现，简化了工艺，大大节约了能耗，减少排放，降低了成本且提高了生产效率。
本发明的实施方法通过设定熟料的率值，解决了新型低碳熟料矿物之间的组成比例关系控制难题，实现新型低碳熟料体系的目的性和稳定性控制，保证熟料矿物的协同水化和性能的稳定协同发挥，制备具有优异早后期性能的新型低碳熟料。
为了说明本发明，更好的理解本发明的技术方案和优点，以下将结合实施例及附图对本发明内容进行详细的描述。
实施例涉及的原材料的氧化物组分如表所示：
表1原材料的化学组成(wt.％)
实施例1.
本实施例设计的熟料率值及对应的氧化物组成如表2、3所示：
表2：实施例1熟料率值
表3：实施例1熟料氧化物组成
将粉煤灰、磷石膏、石灰石和铝矾土等原料磨细。根据率值设定氧化物的组成，按照原料成分进行计算称量配料。将称量好的生料在磨机中进一步粉磨并混匀制备得生料。将制备好的生料加入适量水或酒精，压制成直径3cm的圆形薄饼，将圆形薄饼放入干燥箱中烘干。然后在硅钼棒高温电炉中以5℃/min升温至1200℃保温30min后取出，利用风力快速冷却；再将熟料块破碎并磨细。经测定，该组熟料粉磨后45μm筛余为8.9%。
实施例2.
本实施例的熟料率值及对应的氧化物组成如表4、5所示：
表4：实施例2熟料率值
表5：实施例2熟料氧化物组成
具体制备方法是：首先将粉煤灰、磷石膏、石灰石和铝矾土等原料磨细备用，再根据率值设定氧化物的组成，按照原料成分进行计算称量配料。将称量好的生料在混料机中混匀制备得生料。将制备好的生料加入适量水或酒精，压制成直径10cm的圆形薄饼，将圆片放入干燥箱中烘干。然后在硅钼棒高温电炉中以5℃/min升温至1250℃保温60min后取出，利用风力快速冷却；再将熟料块破碎并磨细。经测定，该组熟料粉磨后45μm筛余为9.1%。
实施例3.
本实施例的熟料率值及对应的氧化物组成如表6、7所示：
表6：实施例3熟料率值
表7：实施例3熟料氧化物组成
具体制备方法是：首先将粉煤灰、磷石膏、石灰石和铝矾土等原料磨细备用，再根据率值设定氧化物的组成，按照原料成分进行计算称量配料。将称量好的生料进一步入磨粉磨混匀制备得生料。将制备好的生料加入适量水或酒精，压制成直径10cm的圆形薄饼，将圆片放入干燥箱中烘干。然后在硅钼棒高温电炉中以5℃/min升温至1300℃保温50min后取出，利用风力快速冷却；再将熟料块破碎并磨细。经测定，该组熟料粉磨后45μm筛余为8.7%。
测试
将实施例1~3煅烧后的新型低碳水泥熟料进行XRD测试，扫描速度为4°/min，步长0.01，结果见图1。从图中可以看出：所制备的熟料样品中均未见显著的游离氧化钙的衍射峰，说明熟料在该温度下已充分形成。实施例1和实施例2样品在1200和1250℃下烧成，熟料中的C5S2$衍射峰强度很高，说明在该实验条件下，烧成了C5S2$，且结晶良好。实施例3中样品在1300℃下烧成，熟料中存在大量高活性α-C2S。这表明了该率值条件下能够保证熟料矿物组成处于最佳优化匹配状态，即，实现了含C5S2$水泥熟料的C5S2$矿物与C4A3$矿物等难以共存矿物的亚稳共存，同时保证了体系中低活性矿物C5S2$和C2S均处于高活性晶体结构状态。此外，该率值设定条件下还保证了新型低碳熟料体系中含有一定量的f-CaSO4。f-CaSO4的存在，一方面可与C4A3$水化反应形成钙矾石，促进水泥强度发展；另一方面，体系中稍过量的f-CaSO4还可以保证一定温度条件下C5S2$矿物的形成与稳定存在，并促使熟料中低活性矿物C2S大部分稳定为高活性α晶型C2S。
水泥胶砂抗压强度测试
在各实施例制备的新型低碳熟料中加入适量石膏，按水灰比为0.5，砂灰比为3，进行胶砂强度试验。基准水泥作为对比样，按照同样的水灰比、砂灰比进行胶砂强度试验。养护至不同龄期分别测量其抗压强度，得出基准水泥及实例1-3中水泥胶砂1d、3d、7d、28d、90d强度如图2所示。从图中可以看出新型低碳熟料制备的水泥1d、3d强度显著高于基准水泥。通常在3d时即可达到基准水泥7d的强度水平。新型低碳熟料制备的水泥28d强度与基准水泥相当，并且随着时间的延长，90d强度能逐渐赶超基准水泥。熟料强度性能取决于熟料中多种矿物的优化匹配关系。可见，该率值条件下，能够有效保证熟料中几种矿物的最佳配比，保证熟料矿物间的协同水化，促进熟料强度性能的稳定发挥。更进一步地，新型低碳水泥熟料性能与硅酸盐水泥熟料相近甚至更加，表明了该种新型低碳水泥熟料可以大范围替代传统硅酸盐水泥使用。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种新型低碳水泥熟料，其特征在于，熟料包括以下率值范围，
碱度系数C：1.0≤C≤1.5，
铝硫比P：P＜1.92，
铝硅比N：N＜1，
石灰饱和系数Cs：0.9≤Cs＜1.0；
所述石灰饱和系数Cs考虑了SO3成分含量，对碱度系数C进行校正而得；
然后，根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成，或根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，先设定具体的率值参数，再反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
再 根据设定的新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导计算出多种所述原料的配比。
2.根据权利要求1所述的一种新型低碳水泥熟料，其特征在于，多种所述原料包括：石灰石或低品位石灰石，铝矾土、低品位铝矾土、粉煤灰、铝灰、赤泥或煤矸石，磷石膏、脱硫石膏或硬石膏，砂岩或硅石，以及矿渣、钢渣、电石渣或锂渣，及类似工业固废。
3.根据权利要求1所述的一种新型低碳水泥熟料，其特征在于，各率值的计算方法如下：
式中CaO、Al2O3、SO3、SiO2及Fe2O3均为质量百分比。
4.一种权利要求1所述新型低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将多种原料进行化学组成测定，得多种原料的氧化物含量；
2）、按照碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定一种或两种氧化物组成含量，反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；
3）、再根据所述新型低碳水泥熟料的氧化物组成，以及多种原料的氧化物含量，推导出多种所述原料的配比；
4）、按多种所述原料的配比将多种所述原料进行磨细、混合，得生料；
5）、将所述生料置于1100-1350℃煅烧30-120分钟；
6）、冷却，粉磨，制得。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211569679.7A CN115677243B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种低碳水泥熟料的制备方法 |
| PCT/CN2023/111955 WO2024119867A1 (zh) | 2022-12-08 | 2023-08-09 | 一种低碳水泥熟料及制备方法 |
| FR2311417A FR3143023A1 (fr) | 2022-12-08 | 2023-10-20 | Clinker de ciment a bas carbone et son procede de preparation |
| US18/536,139 US20240190764A1 (en) | 2022-12-08 | 2023-12-11 | Low-carbon cement clinker and method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211569679.7A CN115677243B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种低碳水泥熟料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115677243A true CN115677243A (zh) | 2023-02-03 |
| CN115677243B CN115677243B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=85056548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211569679.7A Active CN115677243B (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种低碳水泥熟料的制备方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240190764A1 (zh) |
| CN (1) | CN115677243B (zh) |
| FR (1) | FR3143023A1 (zh) |
| WO (1) | WO2024119867A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116161886A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-26 | 腾冲元林环保科技有限公司 | 基于低品位高含镁石灰石的低碳胶凝材料及其制备方法 |
| CN116282988A (zh) * | 2023-03-20 | 2023-06-23 | 武汉理工大学 | 一种利用磷石膏制备低钙固碳胶凝材料的方法 |
| CN117401913A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 北京工业大学 | 适于碳化养护的高强低钙水泥及其制备方法 |
| WO2024119867A1 (zh) * | 2022-12-08 | 2024-06-13 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种低碳水泥熟料及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140311386A1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-10-23 | University Of Kentucky Research Foundation | Hybrid cement clinker and cement made from that clinker |
| CN104860556A (zh) * | 2014-02-24 | 2015-08-26 | 唐山北极熊建材有限公司 | 快凝快硬贝利特硫铝酸盐水泥熟料、应用及其生产工艺 |
| CN106220008A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-12-14 | 郑州市王楼水泥工业有限公司 | 一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法 |
| CN108675657A (zh) * | 2018-05-08 | 2018-10-19 | 中国中材国际工程股份有限公司 | 一种利用废渣制备硅酸盐-硫铝酸盐复合体系熟料的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3147269A1 (de) * | 2015-09-22 | 2017-03-29 | HeidelbergCement AG | 3d-druck von bauteilen und gebäuden mit bct-zement |
| CN107935423B (zh) * | 2017-11-22 | 2020-12-08 | 唐山北极熊建材有限公司 | 耐腐蚀高贝利特硫铝酸盐水泥熟料及制备方法与耐腐蚀高贝利特硫铝酸盐水泥及制备方法 |
| CN107827379B (zh) * | 2017-11-28 | 2020-12-08 | 唐山北极熊建材有限公司 | 高抗折超硫酸盐水泥及其制备方法 |
| CN111533473A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-08-14 | 洲际环境科学研究院(广州)有限公司 | 一种利用拜耳法赤泥制备铁铝酸盐水泥熟料的方法 |
| CN111517680B (zh) * | 2020-05-18 | 2022-07-15 | 上海三夫工程技术有限公司 | 一种制备贝利特硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法 |
| CN115677243B (zh) * | 2022-12-08 | 2023-07-25 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种低碳水泥熟料的制备方法 |
-
2022
- 2022-12-08 CN CN202211569679.7A patent/CN115677243B/zh active Active
-
2023
- 2023-08-09 WO PCT/CN2023/111955 patent/WO2024119867A1/zh unknown
- 2023-10-20 FR FR2311417A patent/FR3143023A1/fr active Pending
- 2023-12-11 US US18/536,139 patent/US20240190764A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140311386A1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-10-23 | University Of Kentucky Research Foundation | Hybrid cement clinker and cement made from that clinker |
| CN104860556A (zh) * | 2014-02-24 | 2015-08-26 | 唐山北极熊建材有限公司 | 快凝快硬贝利特硫铝酸盐水泥熟料、应用及其生产工艺 |
| CN106220008A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-12-14 | 郑州市王楼水泥工业有限公司 | 一种低碳水泥熟料的制备方法及其应用方法 |
| CN108675657A (zh) * | 2018-05-08 | 2018-10-19 | 中国中材国际工程股份有限公司 | 一种利用废渣制备硅酸盐-硫铝酸盐复合体系熟料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郭晓潞等: "《水泥基材料结构与性能》", 中国建材工业出版社, pages: 229 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024119867A1 (zh) * | 2022-12-08 | 2024-06-13 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种低碳水泥熟料及制备方法 |
| CN116161886A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-26 | 腾冲元林环保科技有限公司 | 基于低品位高含镁石灰石的低碳胶凝材料及其制备方法 |
| CN116282988A (zh) * | 2023-03-20 | 2023-06-23 | 武汉理工大学 | 一种利用磷石膏制备低钙固碳胶凝材料的方法 |
| CN117401913A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 北京工业大学 | 适于碳化养护的高强低钙水泥及其制备方法 |
| CN117401913B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-02-13 | 北京工业大学 | 适于碳化养护的高强低钙水泥及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024119867A1 (zh) | 2024-06-13 |
| CN115677243B (zh) | 2023-07-25 |
| FR3143023A1 (fr) | 2024-06-14 |
| US20240190764A1 (en) | 2024-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115677243B (zh) | 一种低碳水泥熟料的制备方法 | |
| CN105060745B (zh) | 贝利特‑硫铝酸盐‑铁铝酸盐水泥及其制备方法 | |
| CN104788032B (zh) | 一种贝利特水泥及其制备方法 | |
| WO2015124044A1 (zh) | 快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料、应用及其生产工艺 | |
| CN111635152B (zh) | 一种高贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法 | |
| CN104609434A (zh) | 一种硫硅酸钙矿物的制备及应用方法 | |
| CN106904848B (zh) | 一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其制品 | |
| CN102491655B (zh) | 自粉化熟料矿渣硅酸盐水泥及其制备方法 | |
| CN108675657A (zh) | 一种利用废渣制备硅酸盐-硫铝酸盐复合体系熟料的方法 | |
| CN102765893A (zh) | 利用废渣氟石膏和赤泥制备硫铝酸盐特种水泥熟料的方法 | |
| CN108314340A (zh) | 一种以锡尾矿为原料的硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法 | |
| CN113354311A (zh) | 一种资源节约型低碳水泥熟料及其制备方法 | |
| CN108314344B (zh) | 一种硫硅酸钙型磷硫铝酸盐水泥熟料 | |
| CN106966617B (zh) | 一次低温烧成贝利特-硫铝酸盐-硫铁铝酸盐-硫硅酸钙水泥熟料的方法 | |
| CN114315190A (zh) | 一种硫铝酸盐水泥生产方法 | |
| CN114716164A (zh) | 一种以磷石膏为主要原料的硫铝酸盐水泥及其制备方法 | |
| CN109320110B (zh) | 一种以硫尾矿为原料的硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法 | |
| CN114835416A (zh) | 一种低热早强胶凝材料及其制备方法 | |
| CN112341010B (zh) | 一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法 | |
| CN117401916A (zh) | 一种可碳化的低碳水泥熟料、制备方法及其应用 | |
| CN112279532A (zh) | 一种矿物掺合料及其制备方法 | |
| CN104310812A (zh) | 绿色生态水泥及其生产方法 | |
| CN115286346B (zh) | 一种高强度全固废胶凝材料凝结时间的调节方法 | |
| CN106277859A (zh) | 一种高水化活性硫硅酸钙矿物及其制备方法和应用方法 | |
| CN101851072A (zh) | 阿利特-硫铝酸锶钙水泥 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |