CN116063012A - 一种利用废铝渣制备水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种利用废铝渣制备水泥的方法。一种利用废铝渣制备水泥的方法，包括以下步骤：钙化‑碳化处理废铝渣、废铝渣洗涤、生料的预均匀化及制备、制备熟料和水泥成品制备。本发明在对废铝渣的处理过程中，使用了钙化‑碳化法处理废铝渣，处理后废铝渣的主要成分是碳酸钙、硅酸盐、三氧化二铁及少量的铝铁石榴石，其中氧化物的成分在煅烧时会改变，在900℃下煅烧下碳酸钙完全分解，在1200℃时开始有大量硅酸二钙生成，硅酸二钙的水化时会形成大量的AH3凝胶与C‑S‑H填充在水泥中可以加强了它的强度，此外，经过钙化‑碳化的废铝渣在制备过程中基本无额外废料的排出，增加了对废铝渣的利用率。

Description

一种利用废铝渣制备水泥的方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种利用废铝渣制备水泥的方法
背景技术
废铝渣主要成分是赤泥，赤泥亦称红泥，是生产氧化铝排出的废渣，但是目前没有一种新的技术可以大量高效的处理赤泥，而我国赤泥的平均利用率极低，大部分的赤泥仍在堆存，现如今我国赤泥堆存量接近3亿吨，给周围环境及水体造成了极大的危害，同时也存在坍塌、滑坡等安全隐患，并造成多种有价元素浪费，因此，赤泥的综合、高效、无害化利用已成为亟待解决的问题
目前市面上已经出现了利用废铝渣制备水泥的方法，虽然对赤泥做到了废物利用，但对废铝渣的利用率不高，有待进一步改善，而且制备出的水泥抗腐蚀性差，水化程度低，导致水泥的强度不高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用废铝渣制备水泥的方法
一种利用废铝渣制备水泥的方法，具体包括如下步骤：
S1：钙化-碳化处理废铝渣
将未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入氧化钙粉末，使废铝渣中的含硅相转变为水化石榴石，然后通入CO2，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，随后把碳化渣用筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣；
S2：废铝渣洗涤
取100～150份的钙化-碳化废铝渣放入行星式球磨机中，将钙化-碳化废铝渣研磨至粒径45～50μm，然后将研磨后废铝渣与温度为50～60℃的去离子水以1∶10～12的比例清洗废铝渣中的碱，之后放入真空抽滤机中，使之液固分离，把过滤出来的滤饼放入干燥箱中进行干燥，将抽滤出的滤液用pH计进行pH检测，当pH为碱性时，重复上述操作，直到pH为中性；
S3：生料的预均匀化及制备
取150～200份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机研磨，随后用方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土各20～40份干燥烘烤，再将石灰石和硅石破碎后，放入球磨机中粉磨并过筛，然后把全部物料流态化，经过一定时间的充气搅拌，送入储存库；
S4：制备熟料
向均化后的物料中添加去离子水搅拌均匀，随后将生料压制成正方体料块，再将正方体料块放入烘箱中烘烤，烘干处理后的正方体料块先在烤炉里面进行预烧，然后将其快速转移到温度为1300～1350℃和1400～1450℃的回转窑中，先后烧成5～6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨，即可得到水泥熟料；
S5：水泥成品制备
将水泥熟料和石膏进行混合，一起放入球磨机中研磨1～2h，研磨至比表面积400～420m2/kg，其中，水泥熟料和石膏之间的重量比为2∶1～2，最后得到水泥成品。
进一步地，所述步骤S1钙化-碳化处理废铝渣具体包括如下步骤：
S1.1：将150～200份未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入30～40份氧化钙粉末，使废铝渣中的含硅相转变为水化石榴石；
S1.2：打开气阀，然后通入CO2，持续通入2～3h，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，打开泄气阀，将反应容器内的CO2排出，随后把碳化渣用160～200目的筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣。
进一步地，所述步骤S3生料的预均匀化及制备具体包括如下步骤：
S3.1：取150～200份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机研磨，随后用600～650目的方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土各20～40份放在105～110℃的电热鼓风干燥箱内烘烤60～70min；
S3.2：将各种原料烘干后分别放入球磨机中预先粉磨，先将块状的石灰石和硅石经过颚式破碎机破碎后，再放入球磨机中粉磨，而黏土和铁质校正原料直接放入球磨机中粉磨，随后把石灰石、黏土、硅石、铁质校正原料用200～300目的方孔筛过筛，控制物料的细度70～80μm；
S3.3然后把全部物料送入间歇式空气搅拌库，经过传送带运到一定高度后，停止进料，从搅拌库底侧向上通入高压CO2，使库内物料流态化，并在CO2气流动力的作用下上下翻滚，经过一定时间的充气搅拌，库内物料得到充分混合，均化后的物料经化验合格后送入储存库。
进一步地，所述步骤S4制备熟料具体包括如下步骤：
S4.1：向均化后的物料中添加8～10％的去离子水搅拌均匀，随后使用钢制磨具将生料压制成正方体料块，在煅烧之前需进行烘干处理，将正方体料块在105～110℃的烘箱中放置20～24h，烘干处理是为了去除生料中的水分，使生料更易于烧成；
S4.2：将烘干处理后的正方体料块先在900～950℃气氛下煅烧0.5～1h，然后将其快速转移到温度为1300～1350℃和1400～1450℃的回转窑中，先后烧结5～6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将正方体料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨至40～50μm，即可得到水泥熟料。
进一步地，在所述步骤S1.2中，排出CO2通过管道收集在充气箱内，充气箱内的CO2，经过加压后，通过输气管道进入所述步骤S3.3的搅拌库内充气搅拌，搅拌后的CO2恢复常压，通过输气管道融入所述步骤S1.2的反应容器内，为下一轮制备提供CO2，以此将所述步骤S1中的CO2与所述步骤S3.3中的CO2重复循环利用。
进一步地，所述铁质校正原料为铁矿石。
进一步地，所述石膏为二水石膏。
有益效果是：1、本发明在制备过程中，使用了钙化-碳化法处理废铝渣，处理后废铝渣的主要成分是碳酸钙、硅酸盐、三氧化二铁及少量的铝铁石榴石，其中氧化物的成分在煅烧时会改变，在900℃下煅烧下碳酸钙完全分解，在1200℃时开始有大量硅酸二钙生成，硅酸二钙的水化时会形成大量的AH3凝胶与C-S-H填充在水泥中可以加强了它的强度，此外经过钙化-碳化的废铝渣在制备过程中基本无额外废料的排出，增加了对废铝渣的利用率。
2、本发明在制备过程中，利用CO2气流对生料进行预均匀化处理，尽可能缩小或消除了煅烧前的生料成分的波动，能够提高熟料的质量，稳定窑的热工制度，提升窑的运转效率，提高产量，降低能耗。
附图说明
图1为本发明的实施例所采用的利用废铝渣制备水泥的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用废铝渣制备水泥的方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
S1：钙化-碳化处理废铝渣
将150份未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入30份氧化钙粉末，使赤泥中的含硅相转变为水化石榴石；打开气阀，然后通入CO2，持续通入2h，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，打开泄气阀，将CO2通入到充气箱中，随后把碳化渣用160～200目的筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣。
S2：废铝渣洗涤
取100份的钙化-碳化废铝渣放入行星式球磨机中，将钙化-碳化废铝渣研磨至粒径45μm，然后将研磨后废铝渣与温度为50℃的去离子水以1∶10的比例清洗废铝渣中的碱，之后放入真空抽滤机中，使之液固分离，把过滤出来的滤饼放入干燥箱中进行干燥，将抽滤出的滤液用pH计进行pH检测，当pH为碱性时，重复上述操作，直到pH为中性。
S3：生料的预均匀化及制备
取100份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机磨细，随后用600目的方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土放在105℃的电热鼓风干燥箱内烘烤60min；将各种原料烘干后分别放入球磨机中预先粉磨，为了提高球磨机的粉磨效率，先将块状的石灰石和硅石经过颚式破碎机破碎后，再放入球磨机中粉磨，而黏土和铁质校正原料直接放入球磨机中粉磨，随后把石灰石、黏土、硅石、铁质校正原料用200～300目的方孔筛过筛，控制物料的细度70μm；然后把全部物料送入间歇式空气搅拌库，经过传送带运到一定高度后，停止进料，透过库底充气箱向库内通入高压CO2，使库内物料流态化，并在CO2气流动力的作用下上下翻滚，经过一定时间的充气搅拌，库内物料得到充分混合，从而达到均化的目的，均化后的物料经化验合格后送入储存库。
S4：制备熟料
向均化后的物料中添加8％的去离子水搅拌均匀，随后利用相应的钢制磨具将生料压制成1m×1m×1.2m的正方体料块，在煅烧之前需进行烘干处理，将正方体料块在105℃的烘箱中放置24h，烘干处理是为了去除生料中的水分，使生料更易于烧成；将烘干处理后的正方体料块先在900～950℃气氛下煅烧0.5～1h，目的是为了进一步去除生料中的结晶水，同时还可以起到预分解脱碳的作用，然后将其快速转移到温度为1300℃和1400℃的回转窑中，先后烧成5～6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将正方体料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨至40～50μm，即可得到水泥熟料。
S5：水泥成品制备
将水泥熟料和石膏进行混合，一起放入球磨机中研磨1h，研磨至比表面积400m2/kg，其中，水泥熟料和石膏之间的重量比为2∶1，最后得到水泥成品。
实施例2
一种利用废铝渣制备水泥的方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
S1：钙化-碳化处理废铝渣
将180份未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入35份氧化钙粉末，使赤泥中的含硅相转变为水化石榴石；打开气阀，然后通入CO2，持续通入2.5h，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，打开泄气阀，将CO2通入到充气箱中，随后把碳化渣用180目的筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣。
S2：废铝渣洗涤
取120份的钙化-碳化废铝渣放入行星式球磨机中，将钙化-碳化废铝渣研磨至粒径50μm，然后将研磨后废铝渣与温度为60℃的去离子水以1∶10的比例清洗废铝渣中的碱，之后放入真空抽滤机中，使之液固分离，把过滤出来的滤饼放入干燥箱中进行干燥，将抽滤出的滤液用pH计进行pH检测，当pH为碱性时，重复上述操作，直到pH为中性。
S3：生料的预均匀化及制备
取120份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机磨细，随后用600目的方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土放在108℃的电热鼓风干燥箱内烘烤65min；将各种原料烘干后分别放入球磨机中预先粉磨，为了提高球磨机的粉磨效率，先将块状的石灰石和硅石经过颚式破碎机破碎后，再放入球磨机中粉磨，而黏土和铁质校正原料直接放入球磨机中粉磨，随后把石灰石、黏土、硅石、铁质校正原料用250目的方孔筛过筛，控制物料的细度70μm；然后把全部物料送入间歇式空气搅拌库，经过传送带运到一定高度后，停止进料，透过库底充气箱向库内通入高压CO2，使库内物料流态化，并在CO2气流动力的作用下上下翻滚，经过一定时间的充气搅拌，库内物料得到充分混合，从而达到均化的目的，均化后的物料经化验合格后送入储存库。
S4：制备熟料
向均化后的物料中添加8％的去离子水搅拌均匀，随后利用相应的钢制磨具将生料压制成1m×1m×1.2m的正方体料块，在煅烧之前需进行烘干处理，将正方体料块在105℃的烘箱中放置24h，烘干处理是为了去除生料中的水分，使生料更易于烧成；将烘干处理后的正方体料块先在930℃气氛下煅烧0.5h，目的是为了进一步去除生料中的结晶水，同时还可以起到预分解脱碳的作用，然后将其快速转移到温度为1300℃和1400℃的回转窑中，先后烧成5.5h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将正方体料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨至40μm，即可得到水泥熟料。
S5：水泥成品制备
将水泥熟料和石膏进行混合，一起放入球磨机中研磨2h，研磨至比表面积大于400m2/kg，其中，水泥熟料和石膏之间的重量比为2∶1，最后得到水泥成品。
实施例3
一种利用废铝渣制备水泥的方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
S1：钙化-碳化处理废铝渣
将200份未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入40份氧化钙粉末，使赤泥中的含硅相转变为水化石榴石；打开气阀，然后通入CO2，持续通入3h，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，打开泄气阀，将CO2通入到充气箱中，随后把碳化渣用200目的筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣。
S2：废铝渣洗涤
取150份的钙化-碳化废铝渣放入行星式球磨机中，将钙化-碳化废铝渣研磨至粒径50μm，然后将研磨后废铝渣与温度为60℃的去离子水以1∶10的比例清洗废铝渣中的碱，之后放入真空抽滤机中，使之液固分离，把过滤出来的滤饼放入干燥箱中进行干燥，将抽滤出的滤液用pH计进行pH检测，当pH为碱性时，重复上述操作，直到pH为中性。
S3：生料的预均匀化及制备
取150份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机磨细，随后用600目的方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土放在110℃的电热鼓风干燥箱内烘烤70min；将各种原料烘干后分别放入球磨机中预先粉磨，为了提高球磨机的粉磨效率，先将块状的石灰石和硅石经过颚式破碎机破碎后，再放入球磨机中粉磨，而黏土和铁质校正原料直接放入球磨机中粉磨，随后把石灰石、黏土、硅石、铁质校正原料用300目的方孔筛过筛，控制物料的细度80μm；然后把全部物料送入间歇式空气搅拌库，经过传送带运到一定高度后，停止进料，透过库底充气箱向库内通入高压CO2，使库内物料流态化，并在CO2气流动力的作用下上下翻滚，经过一定时间的充气搅拌，库内物料得到充分混合，从而达到均化的目的，均化后的物料经化验合格后送入储存库。
S4：制备熟料
向均化后的物料中添加8％的去离子水搅拌均匀，随后利用相应的钢制磨具将生料压制成1m×1m×1.2m的正方体料块，在煅烧之前需进行烘干处理，将正方体料块在105℃的烘箱中放置24h，烘干处理是为了去除生料中的水分，使生料更易于烧成；将烘干处理后的正方体料块先在950℃气氛下煅烧1h，目的是为了进一步去除生料中的结晶水，同时还可以起到预分解脱碳的作用，然后将其快速转移到温度为1300℃和1400℃的回转窑中，先后烧成6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将正方体料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨至50μm，即可得到水泥熟料。
S5：水泥成品制备
将水泥熟料和石膏进行混合，一起放入球磨机中研磨1～2h，研磨至比表面积420m2/kg，其中，水泥熟料和石膏之间的重量比为1∶1，最后得到水泥成品。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：钙化-碳化处理废铝渣
将未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入氧化钙粉末，使废铝渣中的含硅相转变为水化石榴石，然后通入CO2，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，随后把碳化渣用筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣；
S2：废铝渣洗涤
取100～150份的钙化-碳化废铝渣放入行星式球磨机中，将钙化-碳化废铝渣研磨至粒径45～50μm，然后将研磨后废铝渣与温度为50～60℃的去离子水以1∶10～12的比例清洗废铝渣中的碱，之后放入真空抽滤机中，使之液固分离，把过滤出来的滤饼放入干燥箱中进行干燥，将抽滤出的滤液用pH计进行pH检测，当pH为碱性时，重复上述操作，直到pH为中性；
S3：生料的预均匀化及制备
取150～200份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机研磨，随后用方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土各20～40份干燥烘烤，再将石灰石和硅石破碎后，放入球磨机中粉磨并过筛，然后把全部物料流态化，经过一定时间的充气搅拌，送入储存库；
S4：制备熟料
向均化后的物料中添加去离子水搅拌均匀，随后将生料压制成正方体料块，再将正方体料块放入烘箱中烘烤，烘干处理后的正方体料块先在烤炉里面进行预烧，然后将其快速转移到温度为1300～1350℃和1400～1450℃的回转窑中，先后烧成5～6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨，即可得到水泥熟料；
S5：水泥成品制备
将水泥熟料和石膏进行混合，一起放入球磨机中研磨1～2h，研磨至比表面积400～420m2/kg，其中，水泥熟料和石膏之间的重量比为2∶1～2，最后得到水泥成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，所述步骤S1钙化-碳化处理废铝渣具体包括如下步骤：
S1.1：将150～200份未处理的废铝渣放入反应容器中，加入适量去离子水，然后再加入30～40份氧化钙粉末，使废铝渣中的含硅相转变为水化石榴石；S1.2：打开气阀，然后通入CO2，持续通入2～3h，使水化石榴石与二氧化碳反应生成含有碳酸钙、硅酸钙和氢氧化铝的碳化渣，打开泄气阀，将反应容器内的CO2排出，随后把碳化渣用160～200目的筛网过筛，得到钙化-碳化废铝渣。
3.根据权利要求1所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，所述步骤S3生料的预均匀化及制备具体包括如下步骤：
S3.1：取150～200份钙化-碳化废铝渣、氧化铝和三氧化二铁分别利用震动研磨机研磨，随后用600～650目的方孔筛过筛，将石灰石、硅石、铁质校正原料和黏土各20～40份放在105～110℃的电热鼓风干燥箱内烘烤60～70min；S3.2：将各种原料烘干后分别放入球磨机中预先粉磨，先将块状的石灰石和硅石经过颚式破碎机破碎后，再放入球磨机中粉磨，而黏土和铁质校正原料直接放入球磨机中粉磨，随后把石灰石、黏土、硅石、铁质校正原料用200～300目的方孔筛过筛，控制物料的细度70～80μm；
S3.3然后把全部物料送入间歇式空气搅拌库，经过传送带运到一定高度后，停止进料，从搅拌库底侧向上通入高压CO2，使库内物料流态化，并在CO2气流动力的作用下上下翻滚，经过一定时间的充气搅拌，库内物料得到充分混合，均化后的物料经化验合格后送入储存库。
4.根据权利要求2所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，所述步骤S4制备熟料具体包括如下步骤：
S4.1：向均化后的物料中添加8～10％的去离子水搅拌均匀，随后使用钢制磨具将生料压制成正方体料块，在煅烧之前需进行烘干处理，将正方体料块在105～110℃的烘箱中放置20～24h，烘干处理是为了去除生料中的水分，使生料更易于烧成；
S4.2：将烘干处理后的正方体料块先在900～950℃气氛下煅烧0.5～1h，然后将其快速转移到温度为1300～1350℃和1400～1450℃的回转窑中，先后烧结5～6h后取出，随后立即用风扇急冷至常温，将正方体料块用破碎机破碎成小块，然后把小块放入球磨机中进行研磨至40～50μm，即可得到水泥熟料。
5.根据权利要求4所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，在所述步骤S1.2中，排出CO2通过管道收集在充气箱内，充气箱内的CO2，经过加压后，通过输气管道进入所述步骤S3.3的搅拌库内充气搅拌，搅拌后的CO2恢复常压，通过输气管道融入所述步骤S1.2的反应容器内，为下一轮制备提供CO2，以此将所述步骤S1中的CO2与所述步骤S3.3中的CO2重复循环利用。
6.根据权利要求1所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，所述铁质校正原料为铁矿石。
7.根据权利要求1所述的一种利用废铝渣制备水泥的方法，其特征在于，所述石膏为二水石膏。
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