CN116553842A - 一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：获取低品位石灰石、骨料废渣与辅助原料，按照高镁低钙配料后进行混合粉磨；所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解；分解后进入回转窑煅烧，制得高镁低碳水泥熟料；本发明将CaO含量低、MgO含量高的低品位石灰石和骨料废渣进行有效资源化利用，制得了以C2MS2(钙镁黄长石)为主要矿物的高镁低碳水泥熟料，其煅烧温度比低碳水泥熟料低，易磨性好，固碳率与低碳水泥熟料相当，碳化后的强度能达到以C3S2为主要矿物的低碳水泥熟料的70％‑80％，强度远高于C2AS(钙铝黄长石)含量高的低碳水泥熟料。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法。
背景技术
随着城市化、工业化放缓，追求高质量发展已成为当今社会的发展趋势，环境问题越来越受到人类的重视，而全球气候变暖是社会发展需要面临的一大难题，温室气体-二氧化碳则是引起全球气候变暖的主要原因。水泥行业是世界上最大的二氧化碳排放源之一，占全球排放量的5％-8％，其中，60％来源于石灰石的煅烧。
低碳水泥熟料是近年来的研究热门，主要矿物组成为低钙矿物C3S2、CS、β-C2S、γ-C2S，其相对于以C3S矿物为主的硅酸盐水泥熟料而言，配料中需要的石灰石少，煅烧温度低，还可以吸收大量的CO2气体，既从多方面降低了水泥工业的碳排放，又能用于制备物理性能优异的建筑材料。
低品位石灰石由于CaO含量低且MgO和SiO2含量高，使得难以与其他常规原料配成KH较高的硅酸盐水泥熟料，还因熟料的煅烧温度高、共熔点降低而使设备出现严重的熔融结皮等问题，因而应用范围窄，不能得到有效利用。
其次，由于替代天然砂石的机制砂石行业日益兴起，骨料厂在生产砂石的过程中难免会排出大量含石粉的废渣，其成分复杂，利用起来较为困难。骨料废渣易经风力作用而引起扬尘，造成空气污染，若渗入河流，则会造成水污染和河道淤塞。骨料废渣中的石粉主要为方解石和白云石，其MgO含量一般在5％-15％，还含有粘土矿物，企业一般采用填埋方式进行处理，占用大量土地，且对环境的影响较大。
如何将CaO含量低、MgO含量高的低品位石灰石和骨料废渣进行有效资源化利用成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法，得到环境友好、低能耗、固碳率高、强度高的高镁低碳水泥熟料；目的之二在于将CaO含量低、MgO含量高的低品位石灰石和骨料废渣进行有效资源化利用。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)获取低品位石灰石、骨料废渣与辅助原料，按照高镁低钙配料后进行混合粉磨；
(2)所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解；
(3)分解后进入回转窑煅烧，制得高镁低碳水泥熟料。
按上述方案，步骤(1)中所述低品位石灰石为CaO含量低、MgO含量高的石灰石，主要化学成分及含量为：CaO：40-48％；MgO：3-10％：SiO2：4-10％；Al2O3：0-3％；Fe2O3：0-2％；烧失量：35-42％。
按上述方案，步骤(1)中所述骨料废渣为机制砂过程产生的含石粉废渣，主要化学成分及含量为：CaO：20-40％；MgO：5-15％：SiO2：15-25％；Al2O3：3-6％；Fe2O3：2-5％；烧失量：25-35％。
按上述方案，步骤(1)中所述辅助原料包括煤矸石、砂页岩、粉煤灰、硅石、粘土的一种或任意混合。
按上述方案，步骤(1)中所述高镁低钙配料为熟料中MgO含量6％-8％、KH＝0.3-0.4、SM＝4-7、总CaO与SiO2质量比1.1-1.3。
按上述方案，步骤(3)中所述回转窑的煅烧温度为1200-1250℃。
按上述方案，步骤(3)所得高镁低碳水泥熟料的矿物组成主要为C2MS2(钙镁黄长石)和低钙矿物C3S2、C2S、CS，其中C2MS2的含量为40％-80％。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
本发明大量利用了CaO含量低、MgO含量高的低品位石灰石和骨料废渣，此种低钙硅比的原料特别适用于制备低碳熟料。骨料废渣的利用难度更大，相对于CaO和MgO而言，含有较多的Al2O3和Fe2O3，与辅助原料配料会降低SM值，因此在使用骨料废渣提供更多MgO的同时，协同利用低品位石灰石进行配料，避免Al2O3含量高、SM值过低从而形成碳化强度低的C2AS(钙铝黄长石)。
通过提高MgO的含量制得了以C2MS2(钙镁黄长石)为主要矿物的高镁低碳水泥熟料，其煅烧温度比低碳水泥熟料低，易磨性好，固碳率与低碳水泥熟料相当，碳化后的强度能达到以C3S2为主要矿物的低碳水泥熟料的70％-80％，强度远高于C2AS(钙铝黄长石)含量高的低碳水泥熟料。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式提供了一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)获取低品位石灰石、骨料废渣与辅助原料，按照高镁低钙配料为熟料中MgO含量6％-8％、KH＝0.3-0.4、SM＝4-7、总CaO与SiO2质量比1.1-1.3配料，后进行混合粉磨；
(2)所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解；
(3)分解后进入回转窑1200-1250℃煅烧，，所得高镁低碳水泥熟料的矿物组成主要为C2MS2(钙镁黄长石)和低钙矿物C3S2、C2S、CS，其中C2MS2的含量为40％-80％。
具体地，所述低品位石灰石为CaO含量低、MgO含量高的石灰石，主要化学成分及含量为：CaO：40-48％；MgO：3-10％：SiO2：4-10％；Al2O3：0-3％；Fe2O3：0-2％；烧失量：35-42％。
具体地，所述骨料废渣为机制砂过程产生的含石粉废渣，主要化学成分及含量为：CaO：20-40％；MgO：5-15％：SiO2：15-25％；Al2O3：3-6％；Fe2O3：2-5％；烧失量：25-40％。
具体地，所述辅助原料包括煤矸石、砂页岩、粉煤灰、硅石、粘土的一种或任意混合；若配料中MgO的含量达不到要求，可补充加入镁质辅助原料如滑石、白云石、方镁石中的一种或任意混合。
以下具体实施例中原材料的获取及检测：
获取低品位石灰石、骨料废渣以及硅质原料，经干燥、破碎、粉磨后进行化学成分分析，随机测得一组的化学成分如表1所示：
表1化学成分分析
| 名称 | 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O |
| 低品位石灰石 | 39.84 | 5.66 | 1.29 | 1.02 | 45.33 | 5.64 | 0.05 | 0.29 | 0.15 |
| 骨料废渣 | 31.5 | 20.99 | 4.64 | 3.13 | 28.29 | 8.76 | 0.93 | 0.12 | 0.71 |
| 煤矸石 | 4.63 | 79.3 | 4.62 | 3.64 | 2.08 | 2.31 | 0.48 | 1.34 | 0.55 |
实施例1
1、配比设计
经破碎、干燥后，将低品位石灰石：骨料废渣：煤矸石按重量比为56：20：24进行配料，之后混合粉磨，配比和对应的指标分别如表2、表3所示：
表2配比
表3配比所对应的指标
2、碳酸盐的分解
所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解。
3、煅烧制得熟料
分解后进入回转窑煅烧，冷却后得到高镁低碳水泥熟料，回转窑的温度设定为1210℃。
4、碳化
将高镁低碳水泥熟料粉磨至R45μm≤20％，以成型压力10MPa、水固比0.15制成直径2cm、高度2cm的圆柱试样，在二氧化碳浓度100％、温度25℃、湿度60％、气压0.3MPa的条件下碳化24h，之后测定固碳率和抗压强度。
实施例2
1、配比设计
经破碎、干燥后，将低品位石灰石：骨料废渣：煤矸石按重量比为63：10：27进行配料，之后混合粉磨，配比和对应的指标分别如表4、表5所示：
表4配比
表5配比所对应的指标
2、碳酸盐的分解
所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解。
3、煅烧制得熟料
分解后进入回转窑煅烧，冷却后得到高镁低碳水泥熟料，回转窑的温度设定为1220℃。
4、碳化
将高镁低碳水泥熟料粉磨至R45μm≤20％，以成型压力10MPa、水固比0.15制成直径2cm、高度2cm的圆柱试样，在二氧化碳浓度100％、温度25℃、湿度60％、气压0.3MPa的条件下碳化24h，之后测定固碳率和抗压强度。
对比例1
1、配比设计
经破碎、干燥后，将普通石灰石：煤矸石：粉煤灰按重量比为67.5：28：4.5进行配料，之后混合粉磨，配比和对应的指标分别如表6、表7所示：
表6配比
表7配比所对应的指标
步骤3中回转窑的温度设定为1240℃，其他步骤与实施例1相同。
对比例2
采用矿物组成以C3S2为主的低碳水泥熟料进行实施例1中步骤4的碳化，测定固碳率和抗压强度。
各实施例和对比例的熟料采用jade对XRD图谱进行矿物组成定量分析，结果如表8所示。熟料的碳化条件及碳化后的强度如表9所示
表8熟料中主要矿物含量
| 项目 | 煅烧温度 | C2MS2 | C2AS | C3S2 | CS | C2S | SiO2 |
| 实施例1 | 1210℃ | 71.4 | 0 | 20.5 | 0 | 6.7 | 0.2 |
| 实施例2 | 1220℃ | 67.5 | 0 | 27.8 | 0 | 3.1 | 0.1 |
| 对比例1 | 1240℃ | 0 | 41.2 | 35.1 | 22.0 | 0 | 0.5 |
| 对比例2 | 1310℃ | 0 | 0 | 78.6 | 19.5 | 0 | 0.4 |
表9低钙熟料的碳化条件及碳化后的强度
对比例1的煅烧温度稍高于实施例1和2，由于C2AS(钙铝黄长石)几乎无碳化活性，导致对比例1的固碳率和碳化强度低，实施例1和实施例2在低钙矿物C3S2、CS、C2S的含量低于对比例1的前提下依然获得了远高于对比例1的固碳率和碳化强度，表明了C2MS2(钙镁黄长石)具备一定的吸碳能力和碳化强度。
对比例2是一种性能较好的低碳水泥熟料，其SiO2充分反应及形成各类矿物所需的煅烧温度超过了1300℃，易磨性也较差。由于MgO的助熔作用，实施例1和实施例2所需能耗远低于对比例2，大量利用CaO含量低、MgO含量高的低品位石灰石和骨料废渣制得了以C2MS2(钙镁黄长石)为主要矿物的高镁低碳水泥熟料，其固碳率稍低于对比例2，碳化后的强度达到了对比例2的70％-80％。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)获取低品位石灰石、骨料废渣与辅助原料，按照高镁低钙配料后进行混合粉磨；
(2)所得混合料经预热器预热后进入分解炉分解；
(3)分解后进入回转窑煅烧，制得高镁低碳水泥熟料。
2.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(1)中所述低品位石灰石为CaO含量低、MgO含量高的石灰石，主要化学成分及含量为：CaO：40-48％；MgO：3-10％：SiO2：4-10％；Al2O3：0-3％；Fe2O3：0-2％；烧失量：35-42％。
3.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(1)中所述骨料废渣为机制砂过程产生的含石粉废渣，主要化学成分及含量为：CaO：20-40％；MgO：5-15％：SiO2：15-25％；Al2O3：3-6％；Fe2O3：2-5％；烧失量：25-35％。
4.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(1)中所述辅助原料包括煤矸石、砂页岩、粉煤灰、硅石、粘土的一种或任意混合。
5.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(1)中所述高镁低钙配料为熟料中MgO含量6％-8％、KH＝0.3-0.4、SM＝4-7、总CaO与SiO2质量比1.1-1.3。
6.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(3)中所述回转窑的煅烧温度为1200-1250℃。
7.如权利要求1所述高镁低碳水泥熟料及其制备方法，其特征在于步骤(3)所得高镁低碳水泥熟料的矿物组成主要为C2MS2和低钙矿物C3S2、C2S、CS，其中C2MS2的含量为40％-80％。
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2023
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