CN1733641A - 硅酸盐水泥及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水泥领域，涉及硅酸盐水泥及其制造方法。本发明硅酸盐水泥的化学组成(wt％)为：主要原料40～65％，水泥熟料30～55％，磷石膏2～6％，矾土熟料1～7％，添加剂0.4～2％；主要原料为煤矸石、黄磷渣或炉灰渣中任一种或任两种以上之和；添加剂为碳酸氢钠、氧化钙、硫酸铝、聚乙烯醇中任一种或任两种以上之和。本发明硅酸盐水泥制造方法的工艺步骤包括原料准备、原料配备、研磨混合。本发明所用原料大部分采用工业废弃物，原料来源广泛，不仅节约了资源，而且还降低了生产成本，提高了经济效益；大部分原料不需高温焙烧，降低了能耗；而且环境污染小。
Description
技术领域
本发明属于水泥领域，涉及硅酸盐水泥及其制造方法。
背景技术
作为建筑材料，水泥占有极其重要的地位，一般来说，混疑土工程占整个土建工程的50％，即水泥已在土建工程中广为应用。水泥中主要为硅酸盐水泥。
在现有技术中，生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰石，其传统的制造方法是先将石灰石破碎成小粒状，再与粘土、铁粉配成生料，并研磨成细粉，制成球团，经高温煅烧后制成水泥熟料。这种传统工艺，一是能耗大；二是普通硅酸盐水泥还存在凝结时间不能随天气和工程需要进行调整；三是在整个生产过程中，产生大量粉尘或灰尘及二氧化碳气体，不仅严重污染环境，而且对劳动工人的身心健康也造成非常不利的影响。
本发明的目的在于提供一种耗能低，环境污染小，且能充分利用工业废料的硅酸盐水泥及其制造方法。
针对上述目的，本发明的技术方案是以工业废弃物为主要原料，配以一定量的水泥熟料及微量添加剂制成硅酸盐水泥。
本发明硅酸盐水泥具体的化学组成(wt％)为：主要原料40～65％，水泥熟料30～55％，磷石膏2～6％，矾土熟料1～7％，添加剂0.4～2％。
其中主要原料为煤矸石、黄磷渣、炉灰渣中任一种或任两种以上之和。
煤矸石需在600～700℃温度下进行高温焙烧。另外，在煤矸石产地的不少商户，均用煤矸石烧石灰，因此烧石灰后剩下的煤灰即可直接用作水泥的原料，不必再焙烧。
黄磷渣则是火法生产黄磷时产生的炉渣经水淬后的水淬渣，黄磷渣主相为硅酸钙，呈玻璃相，对水泥强度具有有利作用，它与钙矾石形成水泥的骨架作用。
炉灰渣是普通燃煤锅炉的煤灰炉渣。
磷石膏是磷灰石生产出含P2O5的磷肥后废弃的渣料，由于渣料中含有少量P2O5(1.5～2.3％)，故称磷石膏。磷石膏的主要成份为CaSO4·2H2O，含量高达85％以上，磷石膏作为水泥缓凝剂，与天然石膏效果基本相同，磷石膏也是激发剂之一，即硫酸盐激发剂，有利于控制早期凝固和早期强度，对水泥后期强度没有不良影响。
矾土熟料Al2O3含量高，达80％以上，作为水泥原料，其主要作用是：水泥中Al2O3高，活性则高，对提高水泥强度有利，一般矿渣中Al2O3含量波动很大，因此用矾土熟料来补充，使其水泥中Al2O3含量达到10～15％范围。另外矾土熟料是碱性激发剂，CaO也是碱性激发剂，但前者优于后者，矾土熟料不仅能提高水泥强度，而且抗风化性能好，可减少混凝土表面起砂，并使水泥生产容易控制。
添加剂为碳酸氢钠、氧化钙、硫酸铝、聚乙烯醇中任一种或任两种以上之和。添加剂加入水泥中，其主要作用是提高水泥性能，调整和控制凝固时间和早期强度，改善水泥性能(如抗时效性、抗风化性能等)，其中氧化钙、碳酸氢钠作为碱性激发剂使用，以保证液相中的适宜碱度，以利于钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)在水化早期正常形成，对水泥强度有利。另外，其在降低水泥熟料比时，加入少量氧化钙、碳酸氢钠，加入少量聚乙烯醇，能促进凝结与水和作用。
本发明所采用的各种原料的化学组成(wt％)如表1所示。其中比表面积的单位为cm2/g。
本发明硅酸盐水泥的制造方法包括如下工艺步骤：原料准备、原料配备及研磨混合。现分述如下：
(1)原料准备
需要作原料准备的有煤矸石和黄磷渣，煤矸石需在600～700℃温度下进行高温焙烧，黄磷渣则是火法生产黄磷时产生的炉渣，经水淬后的水淬渣。在原料准备中，煤矸石、黄磷渣、炉灰渣和水泥熟料需在180～220℃温度下进行干燥，使其含水量小于1％。
(2)原料配备
按照本发明硅酸盐水泥具体的化学组成进行配料，即按如下化学组成(wt％)进行配料：主要原料40～65％，水泥熟料30～55％，磷石膏2～6％，矾土熟料1～7％，添加剂0.4～2％。在配料时需综合考虑表1所列的各种原料的化学组成，使之配料更为经济合理。
(3)研磨混合
将上述经干燥后的主要原料(煤矸石、黄磷渣、炉灰渣)、磷石膏和矾土熟料在研磨机中进行研磨，研磨后原料的粒度要求比表面3000～4000cm2/g，研磨后进行混合，先将磷石膏、矾土熟料和添加剂进行充分混合，然后将主要原料(煤矸石、黄磷渣、炉灰渣)和水泥熟料加入其中，再次混合，混合均匀后即成为本发明所述的硅酸盐水泥。
本发明制造的硅酸盐水泥可以在水泥标准所要求的范围内，调整水泥初凝和终凝时间，以及促进早期强度等；可以通过调整主要原料及添加剂的配比，使水泥的抗拆强度和抗压强度达到或超过425号水泥的指标；由于大量使用工业废弃物，使水泥水化热低于同类硅酸盐水泥；该水泥的抗时效性及抗化学侵蚀性好，优于普通的硅酸盐水泥。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①所用原料大部分采用工业废弃物，原料来源广泛，不仅节约了资源，而且还降低了生产成本，提高了经济效益。
②由于大量使用工业废弃物，使水泥水化热低于同类硅酸盐水泥。
③大部分原料不需高温焙烧，降低了能耗。在煤矸石产地的不少商户，均用煤矸石烧石灰，因此烧石灰后剩下的煤灰即可直接用作水泥的原料，不必再焙烧。
④该水泥的抗时效性及抗化学侵蚀性好，优于普通的硅酸盐水泥。
⑤大大地降低了生产过程中产生的粉尘或灰尘和二氧化碳等，显著地减少了对环境的污染，保证了劳动人员的健康。
⑥可根据用户及使用目的的不同要求，通过调整主要原料及添加剂的配比，来控制水泥的早期强度及早期凝固等性能。
实施例
根据本发明所述的硅酸盐水泥及其制造方法，制备了3批硅酸盐水泥。3批硅酸盐水泥的化学组成如表2所示，首先按照化学组成和各原料的比表面积进行配料，配料总重量为3000克，根据表2所述的化学组成再配备各种原料重量。配料后，将主要原料(煤矸石、黄磷渣、炉灰渣)和水泥熟料分别进行干燥处理，干燥处理温度及处理后料中的水份如表3所示。配料后进行混合，先将磷石膏、矾土熟料和添加剂进行充分混合，然后将主要原料(煤矸石、黄磷渣、炉灰渣)和水泥熟料加入其中，再次混合，混合均匀后即成为本发明所述的硅酸盐水泥。在所制备的三批水泥中取样，按照国家水泥试验标淮GB17671-1999，以水灰比为0.45在实验室进行凝固和强度试验，所得结果列入表4中。
表1 本发明各种原料的化学组成(wt％)
| 原料名称 | 比表面积 | 烧失重％ | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | TiO2 | SO3 | P2O5 | 其它 |
| 煤矸石 | 3000-4000 | 0.80 | 85.0 | 4.40 | 1.90 | 4.70 | 1.13 | 0.24 | 1.83 | ||
| 黄磷渣 | 3000-4000 | 6.51 | 35.1 | 14.84 | 0.50 | 37.2 | 1.3 | 0.2 | 4.35 | ||
| 炉灰渣 | 3000-4000 | 38.5 | 16.84 | 1.62 | 37.94 | 2.83 | 0.20 | 2.07 | |||
| 水泥熟料 | 3000-4000 | 0.10 | 19.7 | 6.89 | 4.40 | 64.0 | 1.41 | 3.50 | |||
| 磷石膏 | 3000-4000 | 9.83 | 6.7 | 0.60 | 0.52 | 32.1 | 45.6 | 1.5 | 3.15 | ||
| 矾土熟料 | 3000-4000 | 7.8 | 84.5 | 1.20 | 0.50 | 0.35 | 4.2 | 1.45 |
表2 实施例三批水泥的化学组成(wt％)
| 批号 | 主要原料 | 水泥熟料 | 磷石膏 | 矾土熟料 | 添加剂 |
| 1 | 炉灰渣57 | 32 | 5 | 4 | 氧化钙 硫酸铝1.1 0.9 |
| 2 | 黄磷渣 炉灰渣30 17 | 46 | 3 | 1 | 氧化钙 聚乙烯醇1.2 1.8 |
| 3 | 煤矸石49 | 40 | 4 | 6.1 | 硫酸铝 碳酸氢钠0.5 0.4 |
表3 实施例原料干躁处理温度和干躁后料中水份
| 批号 | 干躁温度℃ | 干躁后料中水份 |
| 1 | 200 | 0.8％ |
| 2 | 185 | 0.7％ |
| 3 | 210 | 0.75％ |
表4 实施例所制备的三批水泥的实验室测试的性能结果
| 批号 | 安定性 | 凝固时间(小时) | 抗拆强度(Mpa) | 抗压强度(Mpa) | |||
| 初凝 | 终凝 | 3天 | 28天 | 3天 | 28天 | ||
| 1 | 合格 | 1.8 | 1.5 | 4.0 | 8.7 | 22.8 | 48.8 |
| 2 | 合格 | 0.45 | 1.55 | 3.6 | 8.4 | 12.5 | 49.9 |
| 3 | 合格 | 2.0 | 4.4 | 3.0 | 7.1 | 16.8 | 45.8 |
Claims (4)
1.一种硅酸盐水泥，其特征在于其化学组成(wt％)为：主要原料40～65％，水泥熟料30～55％，磷石膏2～6％，矾土熟料1～7％，添加剂0.4～2％。
2.根据权利要求1所述的硅酸盐水泥，其特征在于主要原料为煤矸石、黄磷渣、炉灰渣中任一种或任两种以上之和。
3.根据权利要求1所述的硅酸盐水泥，其特征在于添加剂为碳酸氢钠、氧化钙、硫酸铝、聚乙烯醇中任一种或任两种以上之和。
4.一种硅酸盐水泥制造方法，其特征在于该方法的工艺步骤包括原料准备、原料配备、研磨混合：
(1)原料准备
需要作原料准备的有煤矸石和黄磷渣，煤矸石需在600～700℃温度下进行高温焙烧，黄磷渣则是火法生产黄磷时产生的炉渣，经水淬后的水淬渣；在原料准备中，煤矸石、黄磷渣、炉灰渣和水泥熟料需在180～220℃温度下进行干燥，使其含水量小于1％；
(2)原料配备
按照本发明硅酸盐水泥具体的化学组成进行配料，即按如下化学组成(wt％)进行配料：主要原料40～65％，水泥熟料30～55％，磷石膏2～6％，矾土熟料1～7％，添加剂0.4～2％。在配料时需综合考虑表1所列的各种原料的化学组成；
(3)研磨混合
将上述经干燥后的主要原料煤矸石、黄磷渣、炉灰渣、磷石膏和矾土熟料在研磨机中进行研磨，研磨后的原料粒度要求比表面积为3000～4000cm2/g，研磨后进行混合，先将磷石膏、矾土熟料和添加剂进行充分混合，然后将主要原料煤矸石、黄磷渣、炉灰渣和水泥熟料加入其中，再次混合，混合均匀后即成为本发明所述的硅酸盐水泥。
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