CN119461908B - 低钙熟料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种低钙熟料及其制备方法，通过对赤泥进行脱碱处理得到脱碱赤泥，并与电石渣、粉煤灰、煤矸石为原料制备生料后进行煅烧制备低钙熟料，同时可以实现再生铁的高品位回收。

Description

低钙熟料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种低钙熟料及其制备方法。
背景技术
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，每生产1吨氧化铝要排放1.0-1.8吨赤泥，而赤泥的堆存不仅占用了大量的土地资源，还会污染堆场周围的土壤与水体，在恶劣气候条件下还容易引发溃坝，严重影响周围居民的生活。
根据氧化铝不同的生产方式，赤泥被分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥。目前市面上90%的赤泥为拜耳法赤泥。拜耳法赤泥铁元素含量很高，通常在30-60%。根据其高铁的特点，大量学者针对拜耳法赤泥在铁元素回收领域进行了研究。例如，现有技术CN118726684A 公开基于电弧炉氢等离子体熔融还原技术的赤泥提铁方法，中国发明专利申请CN118291750A公开一种赤泥高效重磁组合提铁工艺，中国发明专利申请CN118563097A公开一种高铁赤泥脱碱资源化利用工艺方法及其应用。现有技术中赤泥回收铁的过程中常常用到高温环境，由于赤泥碱性强，会使高炉结皮，并且高炉炼铁仍存在能量消耗、碳排放量大等问题。
低钙熟料钙含量低，所需钙质原料少，可以减少碳酸盐煅烧带来的碳排放，近年来引起研究热点，其低钙含量特点还使得低钙熟料烧成温度低，进一步降低了燃料的消耗与CO2排放，此外，低钙熟料具有低水化活性，高碳化活性的特点，其在碳化硬化获得优异力学性能的过程中可以实现CO2的封存，具有显著的环境效益。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种低钙熟料，通过对赤泥进行脱碱处理得到脱碱赤泥，并与电石渣、粉煤灰、煤矸石为原料制备生料后进行煅烧制备低钙熟料，同时可以实现再生铁的高品位回收。
具体的，本发明低钙熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣混合，加水形成悬浊液，水热反应，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥40-60份，电石渣20-30份，粉煤灰20-30份，煤矸石1-3份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得低钙熟料。
赤泥在高温提铁的过程中，高温处理会激发赤泥潜在的胶凝活性，但其活性较低，取代水泥量受限，且赤泥提铁尾渣主要以玻璃相为主，粉磨能耗较大，因此，本发明在赤泥高温煅烧提铁之前首先利用电石渣作为脱碱剂，降低赤泥碱性的同时改善赤泥的贫钙特性，后利用脱碱赤泥、粉煤灰、电石渣和煤矸石配制生料，煤矸石在高温下作为还原剂，同时也作为生料提供氧化物制备低钙熟料，利用磁选方式将再生铁和熟料进行分离，制得的再生铁品位高，低钙熟料养护过程中可吸收CO2，实现碳封存。
优选的，步骤1）中赤泥与电石渣质量比为1:(0.2-0.5)。
优选的，步骤1）中悬浊液液固比为(2-6):1。
优选的，步骤1）中水热反应温度为70-90℃，搅拌速度为300-600rpm，反应时间为2-6h。
优选的，步骤1）中所述脱碱赤泥主要化学成分为CaO：30-35%，Fe2O3：20-30%，Al2O3：8-12%，SiO2：3-6%，TiO2:1-3%。
优选的，步骤2）中电石渣主要化学成分含量为：CaO：65-70%，SiO2：3-6%，Al2O3：0-2%。
优选的，步骤2）中粉煤灰主要化学成分含量为：CaO：0-5%，SiO2：40-50%，Al2O3：30-45%。
优选的，步骤2）中煤矸石主要化学成分含量为：C：40-60%，SiO2：10-20%，Al2O3：10-20%，CaO：10-20%，SO3：10-20%。
优选的，步骤2）中所述生料粒径为200μm以下。
优选的,步骤3）中煅烧温度为1250-1350℃，煅烧时间为2-3h。
优选的，步骤3）中再生铁品位为70-87.8%。
优选的，步骤3）中低钙熟料粒径为75μm以下。
本发明还涉及低钙熟料，具体的，由上述制备方法制备得到。
优选的，所述低钙熟料中γ-C2S含量为30-68%，β-C2S含量为17-26%。研究表明，本发明熟料主要以γ-C2S和β-C2S为主，并含有部分C2AS和C12A7等矿物相，属于低钙熟料，可实现碳封存，同样属于低碳熟料。
本发明具有以下技术优势：
1. 本发明对赤泥经脱碱调整其元素组成，提高赤泥的再利用率；
2. 本发明采用电石渣为脱碱剂，不仅高效脱碱，保证赤泥在高温处理时窑炉不会结皮，同时提高赤泥中钙硅元素含量，便于熟料烧成，
3. 本发明采用全固废制备低钙熟料，同时联产高品位再生铁，低钙熟料可实现碳封存，利废环保。
具体实施方式
为表征本发明技术效果，制备熟料并对其性能进行测试，测试过程中，利用重铬酸钾滴定法测定制得再生铁的品位；对于熟料矿物组成，通过Highscore Plus软件采用XRD结构精修的方式对熟料进行矿物组成定量分析，制备熟料后按水胶比0.1将熟料和水拌合均匀，采用压制成型的方式将试样成型为直径20mm，高20mm的圆柱体，成型压力为10MPa，在湿度为75%，温度25℃，CO2分压为0.2MPa的条件下碳化24h，利用质量差计算固碳量，碳化后的试块在万能压力试验机上进行抗压强度的测试。制备过程中生料统一粉磨至粒径200μm以下，熟料统一粉磨至粒径75μm以下。
实施例1，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣按质量比1:0.4混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥52份，电石渣22份，粉煤灰28份，煤矸石2份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位81.6%，熟料矿物中γ-C2S含量为65.1%，β-C2S含量为19.8%，24h抗压强度168.4MPa，固碳量为14.9%。
实施例2，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣按质量比1:0.5混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥50份，电石渣28份，粉煤灰25份，煤矸石3份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位85.8%，熟料矿物中γ-C2S含量为63.4%，β-C2S含量为23.6%，24h抗压强度157.2MPa，固碳量为15.3%。
对比例1，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）按重量份称取赤泥52份，电石渣22份，粉煤灰28份，煤矸石2份，混合均匀，粉磨，得生料，
2）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位34.6%，熟料矿物中γ-C2S含量为28.7%，β-C2S含量为6.5%，24h抗压强度73.4MPa，固碳量为5.5%。
对比例2，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与硫酸渣按质量比1:0.4混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥52份，电石渣22份，粉煤灰28份，煤矸石2份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位46.0%，熟料矿物中γ-C2S含量为36.7%，β-C2S含量为12.4%，24h抗压强度96.5MPa，固碳量为6.8%。
对比例3，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与活性氧化钙按质量比1:0.4混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥52份，电石渣22份，粉煤灰28份，煤矸石2份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位43.6%，熟料矿物中γ-C2S含量为37.3%，β-C2S含量为7.2%，24h抗压强度89.7MPa，固碳量为6.5%。
对比例4，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣按质量比1:0.4混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥52份，碱渣22份，粉煤灰28份，煤矸石2份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位56.5%，熟料矿物中γ-C2S含量为43.2%，β-C2S含量为23.5%，24h抗压强度107.9MPa，固碳量为7.7%。
对比例5，熟料的制备方法，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣按质量比1:0.4混合，加水形成悬浊液，80℃水热反应4h，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，
2）按重量份称取脱碱赤泥52份，电石渣22份，粉煤灰28份，活性炭2份，混合均匀，粉磨，得生料，
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得熟料。
经检测，再生铁品位43.4%，熟料矿物中γ-C2S含量为57.2%，β-C2S含量为15.3%，24h抗压强度124.2MPa，固碳量为10.3%。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种低钙熟料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将赤泥与电石渣混合，加水形成悬浊液，水热反应，洗涤，过滤，烘干，粉磨后得脱碱赤泥，悬浊液液固比为(2-6):1；水热反应温度为70-90℃，搅拌速度为300-600rpm，反应时间为2-6h；
2）按重量份称取脱碱赤泥40-60份，电石渣20-30份，粉煤灰20-30份，煤矸石1-3份，混合均匀，粉磨，得生料；脱碱赤泥主要化学成分为CaO：30-35%，Fe2O3：20-30%，Al2O3：8-12%，SiO2：3-6%，TiO2:1-3%；
3）将生料煅烧、冷却、破碎、磁选得再生铁，剩余料经粉磨得低钙熟料。
2.根据权利要求1所述低钙熟料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述生料粒径为200μm以下。
3.根据权利要求1所述低钙熟料的制备方法，其特征在于，步骤3）中煅烧温度为1250-1350℃。
4.根据权利要求1所述低钙熟料的制备方法，其特征在于，步骤3）中煅烧时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述低钙熟料的制备方法，其特征在于，步骤3）中再生铁品位为70-87.8%。
6.根据权利要求1所述低钙熟料的制备方法，其特征在于，步骤3）中低钙熟料粒径为75μm以下。
7.低钙熟料，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述低钙熟料，其特征在于，所述低钙熟料中γ-C2S含量为30-68%，β-C2S含量为17-26%。
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