CN1609031A

CN1609031A - 新型生态水泥及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN1609031A
Application number: CNA2004100360681A
Authority: CN
Inventors: 祝凤美; 张立省; 高方舟; 张馨方
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: CN1260158C

Abstract

新型生态水泥及其制备方法与应用，属于胶凝材料技术领域。包括富铝原料F料，贫铝原料P料和导向晶种D料，其中，F料、P料选用各种工业固体废弃物，以及各种自然界原生天然矿物质的固有物化特性，进行了原料组合和处理加工，F料配料摩尔比[Si]/[Ca]＝0.5－1.7，[Si]/[Al]＝3.0－1.5；P料配料摩尔比[Si]/[Ca]＝1.0－0.3，[Si]/[Al]＝1.0－2.6。F料、P料和D料，在使用时，加水充分混合，就形成具有很高强度的胶凝物质。生产中的所有原材物料基本上是工业废弃物，以及天然矿物质，不再产生环境的二次污染，真正实现了变废为宝，综合利用，实现真正意义的环境无公害的清洁、生态化的生产。

Description

新型生态水泥及其制备方法与应用

(一)技术领域

本发明涉及一种生态水泥及其制备方法与应用，属于胶凝材料技术领域。

(二)背景技术

凡在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，胶凝材料分为水硬性和非水硬性两种，普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥属于水硬性材料，拌水后不仅能在空气中硬化又能在水中硬化的材料。

自从十九世纪末波特兰水泥诞生以来，水泥作为建筑胶凝材料已有100多年的历史，到目前为止，仍然是世界上最大宗的建筑结构材料。经过漫长的历史发展和多次重大变革，水泥及水泥混凝土生产技术日趋成熟和完善，但波特兰水泥固有的缺陷也日益显露出来。由于传统的硅酸盐水泥烧制工艺复杂，能源消耗大，排放大量有害气体污染环境，破坏生态平衡，给地球生物圈带来了与日俱增的危害。

吴中伟院士生前曾指出：“近十年来，我国水泥工业走上一条高产、高耗、低效、高环境负荷的不可持续发展道路，必须通过科技创新加以根本性的改造。”多年来，建材科技工作者采用在水泥中掺加部分混合材料或在混凝土中掺加部分活性掺合料，用于改善水泥基材的化学组成，减少烧结熟料用量，都是行之有效的措施。但这些作法大多数是以降低成本为主要目的，而没有从根本上改变水泥基材的组成，实现高性能，所以研制新型水泥及高性能使用的配制技术，是从根本上彻底改革传统的水泥基材组成和高性能使用技术的一条重要途径。

水泥的发展与人类文明的发展是分不开的，然而它的发展所带来的污染和对生态环境的破坏又成为制约文明社会进一步发展的劲敌。硅酸盐水泥问世100多年来，水泥生产工艺经历了多次变革。目前比较成熟的工艺其技术原理是以水泥熟料中的活性组份硅酸三钙和硅酸二钙矿物或铝酸三钙为主，在矿化剂的作用下，在1250-1400℃形成，在整个水泥的生产过程中，经过生料配制与粉磨、熟料煅烧过程、和水泥成品的粉磨三个过程。在烧成和粉磨的过程中，就造成了对现实生存环境的污染，资源利用率低，能耗高，如大量的粉尘、SO₂、NO_X、CO₂等都将成为生态环境的杀手。当前不管是硅酸盐水泥，还是铝酸盐水泥，都要经过上述过程，特别是改革开放后，随着设备的不断换代，社会需求量的加大、社会经济总量的快速增长，普通水泥与特种水泥产量日益剧增，小水泥厂的火线上马，在满足经济建设的同时，也加重了环境污染和治理的困难。

近年来，新型干法水泥生产工艺的产业化，在成本上解决了过去的技术高成本部分问题，但是同样的烧磨联合工艺流程，仍存在同样的环境污染。水泥作为建筑工业的三大基本材料，在民用、军用、水利等关系国计民生的各个领域起着十分重要的作用，用途广泛、用量增大，水泥工业对于社会的危害也增大。我国水泥工业的危害主要体现在产生的有害气体和重金属的污染、大量资源的浪费和由此造成的不可再生、粉尘污染。根据GB175-1999中可以看到，在现有水泥生产工艺流程中，烘干和煅烧产生的粉尘量约占水泥厂总排放量的70％-80％，而这些加上来自粉磨、破碎等工序的粉尘大都处于直接排放的状态，这种情况下，我国水泥粉尘排放量要达到1500万吨/年，大多数水泥厂都是高浓度的排放，严重影响了生态环境。

另外，目前我国水泥产量已突破6亿吨，则年消耗石灰石约6亿吨，粘土2.5亿吨，和1亿吨的煤炭，这些资源都是人类最重要的资源，关系到人类发展的前途，这样资源的使用就造成了严重的资源匮乏，容易引发物质生态链的损坏，资源的严重失衡，给人类带来不可预测的灾难。

水泥行业中排放的大量SO₂、NO_X、CO₂，具有很强的毒性，形成的酸雨和酸雾对人体、大面积的动植物，各种生态植被会造成危害，在我国，由于大量SO₂高浓度的排放，使得很大一部分地区成了酸雨高发区，CO₂的排放会产生温室效应，久而久之会让人类无法承受，NO_X，HF等气体，对环境质量的影响日益突出。

在中国，水泥业采用大量耐火材料镁铬砖，镁铬砖在使用过程中易于硫结合形成六价铬盐化合物，极易溶于水，流入水资源，会造成大量的金属中毒，导致各种病的产生，甚至癌症，我国对水泥行业的Pb、Sn、V、Sb等的排放尚未有相关标准，没有足够的认识，这也是水泥行业存在的一大隐患。

同样在我国，大量的工业废弃物在露天存放，造成了严重的空气、地面、水源污染，特别是氧化铝生产中产生的赤泥，一直是世界上的一个大难题，长期以来一直采用露天堆坝存放的技术，对于周边环境造成了严重影响，而且不断占用大量的耕地，并造成地下水源的浪费，随着氧化铝产量的增大，将会有大量的赤泥在不断排放；还有黑色冶金行业排放的大量的矿渣，如钛矿渣、磷矿渣、水淬渣等，都对环境造成严重污染，另外、在煤电业的大量的粉煤灰的大量存放，无疑是造成环境污染的又一个无形的杀手，还有各种化工业的废渣，如磷渣、煤矸石、化工废石膏等等都在大量的堆积和存放着，如何利用这些固体工业废弃物已成为各行各界共同关注的课题。

另外，在自然界，尚有大量的自然资源可以利用，但是现有技术尚未能对其进行利用，如在我国，特别是在沿江河湖海的流域地区，地质上形成各类页岩，低质高岭土、火山灰质原料目前就没有得到很好的利用，还有大量的工业建筑垃圾以及硅酸盐行业的废弃物同样在大量存放，严重影响了整体环境，并造成了严重的资源浪费，人类生存在一个资源紧缺的世界，充分利用现有矿物资源进行改造自然，美化人类生活也成为一个重要的课题。

(三)发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种新型生态水泥及其制备方法与应用。

新型生态水泥，包括富铝原料F料，贫铝原料P料和导向晶种D料，其中，

F料是选用无定型态或微晶化的氧化铝厂排出的赤泥、炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、钢渣、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾或废混凝土一种或多种物料组成的混合物，配料摩尔比[Si]/[Ca]＝0.5-1.7，[Si]/[Al]＝3.0-1.5。

P料是选用铝土矿、炉渣、石灰石矿、废碱渣、磷渣、化工石膏、水泥熟料、碱式盐、碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐或卤盐类一种或几种组成的混合物，配料摩尔比[Si]/[Ca]＝1.0-0.3，[Si]/[Al]＝4.0-2.6。

上述磷渣和/或炉渣不同时放在F料和P料中。

上述磷渣是磷肥生产中的废渣。废碱渣是氨碱法生产纯碱的废渣。

D料是由Al(OH)₃、强碱、水玻璃和硫酸铝合成而得。

F料、P料、D料的重量比如下：

F料∶P料＝10-99∶1-80，优选F料∶P料＝60-89∶11-40，

D料∶(F料+P料)＝1-30∶70-99，优选D料∶(F料∶P料)＝1-10∶90-99。

D料是由Al(OH)₃、强碱、水玻璃和硫酸铝合成而得，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，60-120℃范围内进行化合，然后在加入固体或液体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶程度，保温10-60小时，温度控制在40-80℃。各成分重量百分比如下：

高活性Al(OH)₃：20-45％

强碱：15-25％

水玻璃：20-40％

硫酸铝：10-15％。

上述固体或液体水玻璃的模数(SiO₂/NaO)M＝1.0-2.5。

上述F料、P料含水量(重量百分比)0.1-70％，优选0.1-45％。

上述F料和P料在研磨时可有添加剂，主要是用来调节针对用户要求的凝结条件和颜色以及研磨剂，主要是铝酸钠、甲基硅酸钠、蔗糖化钙、聚乙酸乙烯、活性Al(OH)₃、氯化钙、乙二醛、木质磺酸盐、强碱、活性石灰乳、多聚磷酸钠、硼酸盐或三乙醇胺的一种或多种。

上述F料和P料的添加剂加入量根据具体情况而定，可占F料或P料的重量百分比0.5-10％。

上述原料主要物质的化学成分见下表：(以重量百分比计算)

名称	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	GaO	MgO	TiO₂	Na₂O	K₂O	灼减
名称	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	GaO	MgO	TiO₂	Na₂O	K₂O	灼减	赤泥	10-12	10-15	8-15	30-50	1-3	5-10	4-9	1-3	0-15
粉煤灰	20-60	1-15	10-40	1-15	0.5-3	1-2	1-5	0.5-2	0-10	赤泥	10-12	10-15	8-15	30-50	1-3	5-10	4-9	1-3	0-15
粉煤灰	20-60	1-15	10-40	1-15	0.5-3	1-2	1-5	0.5-2	0-10	页岩	25-65	2-8	8-20	2-30	0.5-2	0.3-1	1-5	1-5	0-25
炉渣	20-60	1-15	10-40	1-15	0.5-3	1-2	1-5	0.5-2	0-10	页岩	25-65	2-8	8-20	2-30	0.5-2	0.3-1	1-5	1-5	0-25
炉渣	20-60	1-15	10-40	1-15	0.5-3	1-2	1-5	0.5-2	0-10	水淬渣	20-45	0.1-3	5-25	35-50	2-15	1-5	1-5	0.4-2	0-8
水泥熟料	20-25	2-6	4-8	60-70	1-6	0.5-2	0.5-1	0.2-1	0-1	水淬渣	20-45	0.1-3	5-25	35-50	2-15	1-5	1-5	0.4-2	0-8
水泥熟料	20-25	2-6	4-8	60-70	1-6	0.5-2	0.5-1	0.2-1	0-1	钢渣	15-35	0.2-5	10-30	20-35	1-10	0.5-6	0.5-5	0.3-1	0-3

物质的量计算公式：

物质的量＝物质的质量/物质的摩尔质量

物质的量比＝物质的百分数/物质的分子量

本发明的新型生态水泥制备方法如下：

1、F料部分是采用无定型态或微晶化的氧化铝厂排出的赤泥、炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、钢渣、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾或废混凝土一种或多种物料经化学配比后组成的混合物，加上添加剂，经过研磨制成。F料的配料比控制数值范围：

(摩尔比)[Si]/[Ca]＝0.5-1.7 [Si]/[Al]＝3.0-1.5

对于上述的页岩、粘土或铝土矿选矿尾矿等可以采用予焙烧或不预焙烧的工艺，预焙烧用500-1000℃的温度，1-2小时的时间进行。

2、P料部分是由各种低品位铝土矿、炉渣、石灰石矿、废碱渣、磷渣、化工石膏、各类水泥熟料、碱式盐、碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐或卤盐类一种或几种组成的混合物，加上添加剂，经过研磨制成。P料的配料比控制数值范围：

(摩尔比)[Si]/[Ca]＝1.0-0.3 [Si]/[Al]＝4.0-2.6

3、D料作为导向晶种，它的合成由高活性Al(OH)₃、强碱、水玻璃、硫酸铝在一定温度下合成制备，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，60-120℃范围内进行化合，然后在加入固体或液体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶度40-70％，保温10-60小时，温度控制在40-80℃。各组分比例如下(重量百分数)：

高活性Al(OH)₃：20-45％

强碱：15-25％

水玻璃：20-40％

硫酸铝：10-15％

上述F料和P料中的添加剂，主要是用来调节针对用户要求的凝结条件和颜色以及研磨剂，在研磨时添加，主要是铝酸钠，甲基硅酸钠，蔗糖化钙，聚乙酸乙烯，活性Al(OH)₃，氯化钙，乙二醛，木质磺酸盐，强碱，活性石灰乳，多聚磷酸钠、硼酸盐、三乙醇胺等一种或某几种的混合物。配色离子在P料研磨时的添加剂中体现，根据原生物料的元素颜色进行搭配，可以做成砖灰色、淡白色、灰黑色、墨灰色等色彩生态水泥。

上述F料和P料的研磨后优选粒度是：200目筛余1-10％，比表面积为4000cm²/g-8000cm²/g。上述F料和P料的最终产品形态是固体粉末状或湿粉状，独立包装。

上述F料和P料的研磨采用两种方式：

一种是采用来料原位研磨的加工条件，主要是根据化学计量比调整好各种可用物料后，一起入磨进行研磨，也可以根据不同物料的研磨条件，加入添加剂，分别研磨后进入混磨器混合，采用先磨后混。

另一种是采用分别经过处理的物料加入调湿剂，进行研磨，不再加入研磨剂，主要是考虑不同物料的最佳研磨方式而定。调湿剂主要是含水量较大的生物制品，如柠檬酸、果冻类物质。

具体生产时可先用鄂式破碎机对原料进行先期破碎，再用爪斗吊天车将原料堆场的各种分类原料运倒各个生产流程上的原料仓。

各原料仓按照工艺技术配比要求与皮带秤相连，通过皮带送到球磨机，此时根据用户要求，以及入磨原料的可磨性，适当加入调湿剂或不加，但要同时加入添加剂，进行研磨，研磨后物料进入风选分级系统，这样直到物料满足粒度和比表面的要求，F料的研磨后最好的粒度是：200目筛余1-10％，比表面积为(4000-8000)cm²/g.后，用皮带传送到成品仓，进行封装和入库，湿粉料采用桶装或罐装。

4、F料或P料在研磨后可以与D料先进行复合，组成FD料或PD料，并不发生反应，但是FD料和P料，FD料和PD料，F料和PD料，F料和P料，在有水参与的情况下，就会产生胶凝性，发生水化反应，生成具有胶凝性的物质。加水为F料、P料和D料总重量的25％-65％。

包装要求：

对于F料、P料的干粉末物料或湿粉磨物料，采用内衬塑料编织袋包装，或进行大罐装，或进行桶装。但是，对于F料、P料、FD料、PD料都要进行单独包装，并明确标示。对于D料，用可回收的塑料桶装。可以重复利用。

本发明新型生态水泥的应用，具体方法如下：

新型生态水泥在使用时，必须遵循有条件的使用规则，即单独的F料、P料或D料斗不能实现胶凝材料的功能，只有把三种料F料、P料和D料或FD料和PD料两种复合料相混合，并且在外加结合水的作用下，才能发生激烈的水化反应和复杂的化学变化，提供一种环境适宜的化学环境，使得特殊性能的铝硅酸盐物质在D料的晶种引导下，生成胶凝材料，并最终具有水泥的所有物理特性。

在具体应用上，与现有普通硅酸盐水泥的做法是相同的，在砂浆、混凝土的制备过程中，各种分级骨料完全可以采用河砂、碎石、块石、粘土等，同样也可以采用废混凝土块、废砖、瓦块、玻璃块等等。另外，新型生态水泥，在固砂固坝方面上也具有很好的使用功能，因为它可以直接与砂坝、土坝、灰坝等土质类物质直接发生反应，可以实现各种坝体的快速固化。

本发明原理如下：

晶体生长基本理论说明同一种晶体物质的生成，要靠具体的环境温度、晶体种子、环境压力、母液浓度、以系统的其他因素，如：碱度、可溶性成分、结晶面积等等，就是同一种物质在不同的环境中也在表现不同的性能，特别是在晶体物质形成过程中发生的物理、化学变化，在晶格形成、缺陷构成上体现了不同的性质，在横纵晶向以及各个晶向上就体现出了不同性质，这种性质在不同环境中使用时，就会在某些方面表现出与众不同的特点，特种性能材料就是这样形成的。

铝硅酸盐形成过程中在某些方面表现出特殊性质，本发明在铝硅酸盐晶体结构研究基础上，发现盐类的不同配位粒子以及不同晶格长度、方向、离子半径的大小，能量的配置等都是影响其使用性能的相关因素。

铝硅酸盐物质形成后的后处理使用过程中，必须正确了解该物质的所有物化特性后，才能再根据其特殊的物化特性进行最佳的化学组合配比，特别是要进行能量的再次组合和重新配置，才能得到所需要的作用。

页岩、赤泥、磷渣、矿渣、水淬渣、炉渣、钢渣、粉煤灰、石灰石、建筑垃圾、铝土矿选矿尾矿、各种火山灰质原料、煤矸石、粘土、淤泥等都是含有一定铝硅酸盐的物质，并且都有相当的量，这样就为进一步处理打下了很好的物质基础。

这种铝硅酸盐物质经过外加能量的重新组合，以及在导向晶种的引导下，在特定的化学环境中，极易形成具有高强度特性的元素组合。

本发明的特点如下：

1、新型生态水泥由几种不同物料共同组成，主要由富铝原料(F料)和贫铝原料(P℃)F料、P料在常温下借助在水性介质中，发生水化反应，生成具有一定性能的铝硅酸盐物质，在D料的引导下，生成具有水硬性凝胶材料。

2、F料、P料、D料单独存放，不会发生凝胶现象，包括F料和D料以及P料和D料结合成FD料和PD料长时间也可以保持稳定，特别是PD料可以保持长期稳定，而不发生结块。

3、F料作为富铝原料在新型生态水泥中提供所必需的硅元素、铝元素等铝硅酸盐物质形成所必需的元素组成。

4、P料除了提供少量硅铝元素以外，对F料中的不足的硅铝元素进行补充，同时更多的提供铝硅酸盐的配离子元素，如铁、钙、钠、钾、硫、锂、氯等等配离子元素，与F料发生反应。

5、D料主要是在F料和P料发生化学液相反应时，提供的是一种引导定型晶体结构的物质。

6、D料可以单独存放，也可以与F料、P料复合成FD料或PD料，但在使用上就与非复合料有着不同的使用规则。

7、根据不同要求，在F料和D料中还存在有色离子，主要用来实现生态水泥的非颜料着色。

本发明的优良效果如下：

1、本发明解决了具有富铝元素的铝土矿选矿尾矿、微晶状的赤泥、非晶化的各类水淬矿渣、钢渣等的原位利用问题。

2、充分利用粉煤灰配比F料，解决了粉煤灰、各种工业炉渣的堆场存放，热电业的废弃物的存放问题。

3、解决各种化工工业的工业废弃物的利用问题。

4、为现行水泥生产技术路线造成的严重污染找到一条切实可行的解决办法。

5、解决各种工业废弃物、建筑垃圾以及原生自然界硅铝质类材料页岩、火山灰质原料等的利用问题。

6、找到了一种水泥新产品的生产技术，具有生态化的特点，不再产生二次污染，且在充分利用废物。

7、解决了这种新型生态水泥的使用问题。

本发明的技术方案就是依据铝硅酸盐形成的基础理论，赤泥、炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾、废混凝土、炉渣、石灰石矿、钢渣等大量人类的资源特有的物理化学组成，经过工艺过程的处理，配成F料和P料，在D料作为导向晶种的情况下，实现固体废物的综合利用，并同时发明了一种新型生态类水泥的合成工艺。

本发明新型生态水泥与普通425水泥的物理力学性能对比见下表1：

试样	初凝时间(h:min)	终凝时间(h:min)	抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)
			抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)			3d	7d	28d	3d	7d	28d
			普通425水泥	3:10	5:20	4.8	5.2	6.9	3d	7d	28d	3d	7d	28d	16.5	28.4	44.6
生态水泥	2:50	4:10	普通425水泥	3:10	5:20	4.8	5.2	6.9	5.2	6.1	7.8	24.6	35.8	53.9	16.5	28.4	44.6

本发明利用工业废弃物(如磷渣、钢渣、赤泥、粉煤灰、高炉矿渣等以及天然硅铝材质页岩)的物化特性，选用优良化学组成配比，使其达到胶凝材料的物化要求，通过多元固化技术，一定使用条件下合成具有波特兰水泥特性的不同等级的新型生态胶凝材料的一种技术。本发明实现了固体废物的综合利用，制备工艺友好，所制备的新型水硬性胶凝材料市场空间大，成本低，竞争优势突出，战略带动性强，规模效益显著，符合环境要求等特性。具体优点如下：

a.本发明的材料抗腐蚀能力强，是普通水泥难以达到的。

b.生产的全过程基本不用动火(页岩处理除外)，不排放二氧化碳。

c.该发明生产的水泥具有固结硅铝材质，人工矿井、天然泥土等的特性

d.该发明生产的水泥材料具有的胶凝特性，相同情况下其强度会超过现有普通水泥.

e.磨料时添加的各种化学助剂，使得整个材料基体部分制备过程无粉尘，不污染环境.。

f.采用F料、P料、D料等多元合成，分体包装、现场使用的办法，具有更广泛的应用性。

g.生产中的所有原材物料全部为赤泥、燃烧锅炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾、废混凝土、炉渣、石灰石矿、钢渣等一种或几种的混合物，真正实现了变废为宝，实现了综合利用。

h.利用废物，不再产生环境的二次污染，实现真正意义的环境无公害的清洁、生态化的生产模式。

I.新型生态水泥还大幅度的减少了土地资源的消耗和浪费。

J.减少了设备投资，主要为球磨系统和分选包装系统，整体投资以及生产管理费用下降。

K.因新型生态水泥在工序上大幅减少，特别是减少了现有水泥的烧成工序，同时原料的成本低，来源广泛，因而在综合生产成本上比普通水泥的生产成本有了大幅度的降低。

L.新型生态水泥的生产规模可大可小，并且可以根据原料、应用场地的具体位置进行建厂生产，增加现场时效性，降低用户成本，具有很大的灵活性。

(四)附图说明

图1是F料工艺设备流程示意图，其中A、B、…、D、E、…、N槽表示在一个特定的工作现场上，按原料的种类和工艺条件要求来配置的生产槽子，表示一系列槽子，是用来存放天车运来的各种不同类型的原料，一般按照原始粒度的大小排序，A槽存放予焙烧页岩或未焙烧页岩，排在最后的N槽存放粉煤灰，而D槽是存放调湿剂，E槽存放F料的化学添加剂。

图2是P料工艺设备流程示意图，其中 PA、PB、…、PD、PE、…、PN槽是用来存放天车运来的各种不同类型的原料，一般按照原始粒度的大小排序，如石灰石矿一般要放在PA槽，而盐类物质一般都放在最后N槽，而PD槽是存放P料的调湿剂，PE槽存放P料的化学添加剂。

图3是D料工艺设备流程示意图，其中，1、加料，2、反应槽，3、保温罐，4、成品槽，5、装桶。

(五)具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明。其中试验应用的标准如下：

GB1346-89：《水泥标准稠度用水量，凝结时间，安定性检验方法》

GB/T17671-1999：《水泥胶砂强度检验方法》

GB1345-91：《水泥细度检验方法》

GB8074-87《水泥比表面积测定方法》

实施例1：新型水泥及制备方法，以原生物料的重量比计算：

(1)F料：粉煤灰15％，水淬矿渣40％，页岩(未焙烧)6.4％，F料添加剂：蔗糖化钙0.1％，多聚磷酸钠0.2％，三乙醇胺0.3％，F料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝1.0，[Si]/[Al]＝2.25。

采用来料原位研磨加工，将各种可用物料，加入添加剂一起入磨进行研磨。粒度控制在200目筛余3％，比表面积为4300cm²/g。

(2)P料：炉渣5％，石灰13％，磷渣14.3％，P料添加剂：木质磺酸钠0.2％，活性石灰乳0.5％，硼酸钠0.2％。P料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝1.0，[Si]/[Al]＝2.6。

上述各成分采用来料原位研磨加工，将各种可用物料，加入添加剂一起入磨进行研磨。粒度控制在200目筛余3％，比表面积为4300cm²/g。

(3)D料：导向剂5％，D料固含：78％。

D料是由Al(OH)₃、强碱、水玻璃和硫酸铝合成而得，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，100℃进行化合，然后在加入液体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶度40-70％，保温40小时，温度控制在60℃。各成分重量百分比如下：

高活性Al(OH)₃：35％

强碱：20％

水玻璃：30％

硫酸铝：15％。

(4)F料或P料在研磨后分别与D料先行混合，组成FD料或PD料，并不发生反应，但是FD料和P料，FD料和PD料，F料和PD料，F料和P料，加水为F料、P料和D料总重量的35％，发生水化反应，生成胶凝材料，具有水泥的所有物理特性。F料、P料、D料的重量比如下：F料∶P料＝65∶35，D料∶(F料∶P料)＝5∶95。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表2。

实施例2：新型水泥及制备方法，以原生物料的重量比计算：

(1)F料：粉煤灰5％，钢渣10％，水淬矿渣39％，页岩(焙烧)7％，F料添加剂：木质磺酸钠：0.5％，多聚磷酸钠：0.1％，聚乙酸乙烯0.4％。，F料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝0.5，[Si]/[Al]＝3.0。

F料中的页岩采用预焙烧工艺，焙烧温度800-900℃，焙烧时间1-2小时。

将上述各成分分别研磨后进入混磨器混合，先磨后混。

(2)P料：炉渣5％，石灰13％，磷渣13％，P料添加剂：多聚磷酸钠0.1％，活性Al(OH)₃l％，活性石灰乳0.9％。将上述各成分分别研磨后进入混磨器混合，先磨后混。

P料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝0.5，[Si]/[Al]＝3.0

F料粒度控制：200目筛余2％，比表面积为5100cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余4％，比表面积为3900cm²/g；

(3)D料：导向剂5％，D料固含：80％。

高活性Al(OH)₃：45％

强碱：25％

水玻璃：20％

硫酸铝：10％。

(4)F料、P料、D料分别包装，使用时按下列重量比混合，

F料∶P料＝65∶35，D料∶(F料∶P料)＝5∶95。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表2。

实施例3、新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：赤泥25％，水淬矿渣40％，粉煤灰6％

F料添加剂：磷酸二氢钙3％，铝酸钠1％

P料：炉渣3％，磷渣18％

P料添加剂：活性石灰乳0.1％，木质磺酸钠0.1％，蔗糖化钙0.4％，氯化钙1.4％

F料粒度控制：200目筛余3％，比表面积为4300cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余4％，比表面积为4900cm²/g.；

F料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝1.7，[Si]/[Al]＝1.5

P料的配料比：摩尔比[Si]/[Ca]＝0.3，[Si]/[Al]＝4.0

D料：导向剂4％，D料固含：78％。

D料是由Al(OH)₃、强碱、水玻璃和硫酸铝合成而得，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，100℃进行化合，然后在加入固体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶度40-70％，保温40小时，温度控制在60℃。各成分重量百分比如下：

高活性Al(OH)₃：20％

强碱：25％

水玻璃：40％

硫酸铝：15％。

其余制备方法均同实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表2。

实施例4：新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：赤泥15％，铝土矿选矿尾矿10％，水淬矿渣45％，粉煤灰2％

F料添加剂：磷酸二氢钙：3％，铝酸钠：1％，聚乙酸乙烯：0.1％，木质磺酸钠：0.1％，多聚磷酸钠：0.2％、三乙醇胺：0.2％。

P料：炉渣：10％，磷渣：15.1％

P料添加剂：活性石灰乳0.3％，木质磺酸钠0.1％，蔗糖化钙0.5％，氯化钙0.4％，甲基硅酸钠0.1％，乙二醛0.1％，木质磺酸钙0.2％，硼酸钠0.2％；

F料粒度控制：200目筛余1％，比表面积为5900cm²/g.；

P料粒度控制：200目筛余4％，比表面积为4900cm²/g；

D料：导向剂10％，D料固含：78％。D料合成如实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表2。

表2新型生态水泥的物理力学性能

试样编号	初凝时间(h:min)	终凝时间(h:min)	安定性	颜色	抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)
					抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)			3d	7d	28d	3d	7d	28d
					实施例1	2:30	4:15	良好	灰	4.9	3d	7d	28d	3d	7d	28d	5.2	6.1	19.2	28.4	48.5
实施例2	2:15	3:55	良好	灰白	实施例1	2:30	4:15	良好	灰	4.9	4.2	4.9	5.9	20.8	31.9	51.4	5.2	6.1	19.2	28.4	48.5
实施例2	2:15	3:55	良好	灰白	实施例3	1:55	4:04	良好	灰	3.8	4.2	4.9	5.9	20.8	31.9	51.4	5.1	7.8	23.5	34.2	55.2
实施例4	2:25	4:13	良好	灰	实施例3	1:55	4:04	良好	灰	3.8	4.1	5.9	7.4	21.8	33.6	54.1	5.1	7.8	23.5	34.2	55.2

实施例5：新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：钛矿渣15％，粉煤灰10％，矿渣34％，赤泥7％，页岩10％

F料添加剂：铝酸钠1％，活性Al(OH)₃：2％，氯化钙1％，木质磺酸钠0.1％，多聚磷酸钠0.1％；

P料：炉渣2％，碱渣：5％，磷渣4.1％

P料添加剂：甲基硅酸钠0.2％，蔗糖化钙0.1％，聚乙酸乙烯0.1％，乙二醛0.2％，木质磺酸钙0.1％，氢氧化钠0.1％，活性石灰乳0.1％

F料粒度控制：200目筛余4％，比表面积为4200cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余2％，比表面积为4900cm²/g；

D料：导向剂3.8％，D料固含：69％。D料合成如实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表3。

实施例6：新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：粉煤灰5％、炼铁水淬渣35％、钛矿渣10％、页岩10％、铝土矿选矿尾矿5％

F料添加剂：木质磺酸钠0.5％，多聚磷酸钠0.1％，聚乙酸乙烯0.1％，三乙醇胺0.3％，磷酸二氢钙1％；

P料：炉渣7％，石灰石9.9％、水泥熟料10％、

P料添加剂：氯化钠0.5％，，铝酸钠0.5％，磷酸二氢钙0.1％，多聚磷酸钠0.1％，活性Al(OH)₃1％；

F料粒度控制：200目筛余3％，比表面积为4500cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余4％，比表面积为4300cm²/g；

D料：导向剂2.9％，D料固含：75％。D料合成如实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表3。

实施例7：新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：炼铁水淬渣15％、粉煤灰25％、钛矿渣10％、粘土5％、低品位铝土矿5％

F料添加剂：铝酸钠3％，活性Al(OH)₃1％，木质磺酸钠0.2％，多聚磷酸钠0.3％、三乙醇胺0.2％；

P料：钢渣10％，石灰石：5％，磷渣10％、水泥熟料3％、

P料添加剂：甲基硅酸钠0.3％，蔗糖化钙：0.2％，氯化钙：0.4，碳酸钾：0.5％，多聚磷酸钠：0.1％、硼酸钠：0.4％；

F料粒度控制：200目筛余1％，比表面积为6000cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余3％，比表面积为4300cm²/g；

D料：导向剂5.4％，D料固含：70％。D料合成如实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表3。

实施例8：新型水泥，以原生物料的重量比计算：

F料：铝土矿选矿尾矿5％，水淬矿渣35％，粉煤灰10％，页岩(焙烧)5％，水泥熟料3％，

F料添加剂：磷酸二氢钙3％，铝酸钠1％，聚乙酸乙烯0.5％，木质磺酸钠0.1％，多聚磷酸钠0.2％、三乙醇胺0.2％；

P料：炉渣10％，钢渣8.4％，磷渣12.9％，

P料添加剂：活性石灰乳1％，木质磺酸钠0.1％，氯化钙0.4％，氢氧化钠0.5％，甲基硅酸钠0.1％，乙二醛0.1％，木质磺酸钙0.2％，硼酸钠0.2％；

F料粒度控制：200目筛余2％，比表面积为5400cm²/g；

P料粒度控制：200目筛余2％，比表面积为5200cm²/g；

D料：导向剂3.6％，D料固含：70％。D料合成如实施例1。

有关新型水泥试验的胶砂强度数据见表3。

表3新型生态水泥的物理力学性能

试样编号	初凝时间(h:min)	终凝时间(h:min)	安定性	颜色	抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)
					抗折强度(MPa)			抗压强度(MPa)			3d	7d	28d	3d	7d	28d
					实施例5	3:30	5:15	良好	砖灰	4.9	3d	7d	28d	3d	7d	28d	5.2	7.2	25.1	38.4	68.5
实施例6	2:35	4:45	良好	灰白	实施例5	3:30	5:15	良好	砖灰	4.9	4.6	6.9	8.9	26.5	36.2	72.2	5.2	7.2	25.1	38.4	68.5
实施例6	2:35	4:45	良好	灰白	实施例7	2:46	3:58	良好	墨灰	3.9	4.6	6.9	8.9	26.5	36.2	72.2	5.6	6.8	21.5	29.9	60.5
实施例8	2:15	4:24	良好	灰	实施例7	2:46	3:58	良好	墨灰	3.9	4.8	6.1	7.6	26.4	39.1	76.3	5.6	6.8	21.5	29.9	60.5

Claims

1.新型生态水泥，其特征在于包括富铝原料F料，贫铝原料P料和导向晶种D料，其中，

F料是选用无定型态或微晶化的氧化铝厂排出的赤泥、炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、钢渣、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾或废混凝土一种或多种物料组成的混合物，配料摩尔比[Si]/[Ca]＝0.5-1.7，[Si]/[Al]＝3.0-1.5；

P料是选用铝土矿、炉渣、石灰石矿、废碱渣、磷渣、化工石膏、水泥熟料、碱式盐、碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐或卤盐类一种或几种组成的混合物，配料摩尔比[Si]/[Ca]＝1.0-0.3，[Si]/[Al]＝4.0-2.6

上述磷渣和/或炉渣不同时放在F料和P料中；

D料是由Al(OH)₃、强碱、水玻璃和硫酸铝合成而得；

F料、P料、D料的重量比如下：

F料∶P料＝10-99∶1-80，

D料∶(F料+P料)＝1-30∶70-99。

2.如权利要求1所述的新型生态水泥，其特征在于所述F料∶P料＝60-89∶11-40，重量比。

3.如权利要求1所述的新型生态水泥，其特征在于所述D料重量比：(F料∶P料)＝1-10∶90-99。

4.如权利要求1所述的新型生态水泥，其特征在于所述D料的合成，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，60-120℃范围内进行化合，然后在加入固体或液体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶度40-70％，保温10-60小时，温度控制在40-80℃，各成分重量百分比如下：

高活性Al(OH)₃：20-45％

强碱：15-25％

水玻璃：20-40％

硫酸铝：10-15％。

5.如权利要求1所述的新型生态水泥，其特征在于所述F料、P料含水量重量百分比0.1-45％。

6.如权利要求1所述的新型生态水泥，其特征在于所述F料和P料在研磨时有添加剂，是铝酸钠、甲基酸钠、蔗糖化钙、聚乙酸乙烯、活性Al(OH)₃、氯化钙、乙二醛、木质磺酸盐、强碱、活性石灰乳、多聚磷酸钠、硼酸盐或三乙醇胺的一种或多种。

7.如权利要求4所述的新型生态水泥，其特征在于所述F料和P料添加剂加入量占F料或P料的重量百分比0.5-10％。

8.权利要求1所述新型生态水泥的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)F料部分是采用无定型态或微晶化的氧化铝厂排出的赤泥、炉渣、炼铁水淬渣、粉煤灰、钛矿渣、磷渣、页岩、钢渣、粘土、火山灰质料、铝土矿选矿尾矿、建筑垃圾或废混凝土一种或多种物料经化学配比后组成的混合物，加上添加剂，经过研磨制成，F料的配料比控制数值范围：

(摩尔比) [Si]/[Ca]＝0.5-1.7 [Si]/[Al]＝3.0-1.5

对于上述的页岩、粘土或铝土矿选矿尾矿采用予焙烧或不预焙烧的工艺，预焙烧温度500-1000℃，时间1-2小时；

(2)P料部分是由各种低品位铝土矿、炉渣、石灰石矿、废碱渣、磷渣、化工石膏、各类水泥熟料、碱式盐、碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐或卤盐类一种或几种组成的混合物，加上添加剂，经过研磨制成，P料的配料比控制数值范围摩尔比：[Si]/[Ca]＝1.0-0.3[Si]/[Al]＝4.0-2.6；

(3)D料导向晶种的合成，首先是由高活性Al(OH)₃、强碱在反应槽内，60-120℃范围内进行化合，然后在加入固体或液体水玻璃，最后加入硫酸铝调整晶种的结晶度40-70％，保温10-60小时，温度控制在40-80℃，各组分比例如下，重量百分数：

高活性Al(OH)₃：20-45％

强碱：15-25％

水玻璃：20-40％

硫酸铝：10-15％；

(4)F料或P料在研磨后与D料先进行复合，组成FD料或PD料，并不发生反应，但是FD料和P料，FD料和PD料，F料和PD料，F料和P料，在有水参与的情况下，就会产生胶凝性，发生水化反应，生成具有胶凝性的物质，加水为F料、P料和D料总重量的25％-65％。

9.如权利要求8所述的新型生态水泥的制备方法，其特征在于，上述F料和P料的研磨采用下列两种方式之一：

(1)采用来料原位研磨的加工条件，主要是根据化学计量比调整好各种可用物料后，一起入磨进行研磨，也可以根据不同物料的研磨条件，加入添加剂，分别研磨后进入混磨器混合，采用先磨后混；

(2)采用分别经过处理的物料加入调湿剂，进行研磨，调湿剂是柠檬酸或果冻。

10.新型生态水泥的应用，具体方法如下：把三种料F料、P料和D料或FD料和PD料两种复合料相混合，并加水，生成具有水泥的所有物理特性的胶凝材料。