CN1990413A - 先合成再活化工艺制造无机胶凝材料 - Google Patents

Abstract

一种先合成再活化工艺制造无机胶凝材料，将工业废渣及含硅铝原料、石灰、石膏、辅料及水按比例混合均匀为混合料，然后将混合料压实堆存或压制成块，自然养护或蒸养让其充分反应，之后在450℃～850℃热处理活化，加添加剂粉磨至80μm筛余＜15％，即为无机胶凝材料作为特种水泥或膨胀剂。各项物理性能指标、体积稳定性、耐久性及施工性能好，且能耗低、污染少、成本低。

Description

先合成再活化工艺制造无机胶凝材料

技术领域

本发明涉及一种建筑材料的制造工艺，具体涉及一种综合利用工业废渣生产制造无机胶凝材料的工艺方法。

背景技术

我国水泥的生产量已达10×10⁸吨，超过世界水泥总量的40％。而我国传统的水泥生产方法为“两磨一烧”，即以石灰石、粘土等配料磨制生料，高温(1450℃)烧成熟料，再加石膏、掺合材一起磨制成水泥。这种传统水泥的生产对资源如石灰石、粘土、煤等消耗巨大，且对环境污染过重，不利于水泥工业的可持续发展。

目前国内外利用工业废渣作无机胶凝材料的专利及应用技术可概括为：

①作为水泥掺合材或矿物外加剂；

②掺激发剂制造“碱矿渣水泥”、“凝石水泥”、“无熟料或少量熟料水泥”、“砌筑水泥”。

掺激发剂的应用技术使水泥性能及施工性能受到不利影响，其应用受到一定的限制，导致现有专利及应用技术难以大量应用。长期以来，尽管水泥生产规模不断扩大，而水泥的生产方法仍然一直采用“两磨一烧”的传统工艺。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种低能耗大量综合利用工业废渣资源、替代传统工艺生产的水泥及膨胀剂、各项物理力学性能指标、体积稳定性、耐久性及施工性能等符合相关标准、污染少、成本低的先合成再活化工艺制造无机胶凝材料，作为特种水泥或膨胀剂。

本发明采用的技术方案是：将工业废渣及含硅铝原料、石灰、石膏、辅料及水按比例混合均匀为混合料，然后将混合料压实堆存或压制成块，自然养护或蒸养让其充分反应，之后在450℃～950℃热处理活化，加添加剂粉磨至80um筛余＜15％，即为无机胶凝材料。

上述混合料重量百分配比为：工业废渣及含硅铝原料30～90％、石灰0～40％、石膏5～70％、辅料0～30％、水0～30％。

上述无机胶凝材料重量百分配比为：混合料经450℃～950℃热处理后的无机物50～100％、添加剂0～50％。

上述中的工业废渣及含硅铝原料指粉煤灰、煤渣及煤渣粉、煤矸石及烧矸石、石煤及石煤渣、废弃水泥石、矿渣及矿渣粉、钢渣及钢渣粉、锰渣及锰渣粉、磷渣及磷渣粉、砖渣及砖渣粉、铅锌渣及渣粉、铬渣及铬渣粉、粘土及烧粘土、高岭土及烧高岭土、白土、矾土及烧矾土、页岩及烧页岩、石煤及烧石煤、霞石、矾泥渣、赤泥、污泥及垃圾灰渣、沸石、海泡石、膨润土、硅藻土、长石、瓷石、硅灰石、伊利石、累托石、浮石、火山灰、叶蜡石、蓝晶石及其它冶金废渣和工业尾矿中的一种或几种。上述粘土包括高铝粘土、杂粘土、蛙目粘土，瓷石包括瓷土、瓷泥，蓝晶石包括硅线石和红柱石。

上述中的石灰指生石灰、熟石灰、石灰渣、电石渣及其它含CaO或Ca(OH)₂为主的材料中的一种或几种。

上述中的石膏指天然二水石膏及硬石膏、熟石膏、煅烧石膏、工业磷石膏、脱硫石膏、氟石膏及其它工业废石膏的一种或几种。

上述中的辅料指膨润土、粘土及烧粘土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土粉、矾土及烧矾土、赤泥、水泥、水玻璃、纯碱、碳酸钾、烧碱、硫碱渣、铬渣、磷酸及磷酸盐、淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇及其它水溶性树脂、三乙醇胺、三异丙醇胺、造纸废液、助磨剂、减水剂及其它无机盐中的一种或几种。所述的无机盐包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、明矾、氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化亚锡、氯化亚铁、亚硫酸钙、硫代硫酸钠、氟硅酸钠、氟铝酸钙、硫铝酸钠、硫铝酸钾、氯化铝。

上述中的添加剂指石灰、硫酸盐及亚硫酸盐、氯盐、硝酸盐及亚硝酸盐、甲酸盐、乙酸盐、碳酸盐、无机聚合物、氟铝酸盐、氟硅酸盐、氟化物、铝酸盐、硫铝酸盐、硼酸及硼酸盐、柠檬酸及柠檬盐、酒石酸及酒石酸盐、磷酸及磷酸盐、多聚磷酸及盐、脲素、水玻璃、水泥及熟料、熟石膏粉、磷酸二氢铝、磷酸铝、烧矾土、烧粘土、活性白土、海泡石、沸石、膨润土、凹凸棒土粉、硅藻土、氢氧化铝、矿渣及矿渣粉、钢渣及钢渣粉、锰渣及锰渣粉、磷渣及磷渣粉、铅锌渣及铅锌渣粉、粉煤灰及炉渣、石煤渣、矸石渣、垃圾灰渣、赤泥及煅烧赤泥、废弃水泥石、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲基醇胺及残液、多元醇及下脚料、丙三醇、丙二醇、木钠、木镁、木钙、萘系减水剂、蜜胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、多元接枝共聚减水剂、多元羧酸类减水剂、糖钙、助磨剂、早强剂、减水早强剂、缓凝剂、促凝剂、纤维、增稠剂、保水剂、乳胶粉、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素及其它水溶性树脂、改性淀粉中的一种或几种。

上述石灰包括生石灰、熟石灰、石灰渣、电石渣，上述硫酸盐及亚硫酸盐包括硫酸钠、硫酸钾、石膏及煅烧石膏、硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钙、明矾含烧明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、硫酸镁、硫酸铵，上述氯盐包括氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化铵、氯化镁、氯化锂、氯化铝、氯化亚锡、氯化锰、氯化铁、氯化亚铁，上述碳酸盐包括碳酸钠、硫酸钾、碳酸氢铵、碳酸铵、石灰石、白云石，上述无机聚合物包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁，上述氟铝酸盐包括氟铝酸钠、氟铝酸钾、氟铝酸钙、氟铝酸镁，上述氟硅酸盐包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁，上述氟化物包括氟化钠、氟化钾、氟化硅、氟化铝，上述铝酸盐包括铝酸钠、铝酸钾、铝酸镁、铝酸钙，上述硫铝酸盐包括硫铝酸钙、硫铝酸钾钠，上述水玻璃包括钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃，上述水泥包括矾土水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥、硅酸盐水泥，上述纤维包括矿物、植物或合成纤维。

本发明解决了如下的技术问题：①低能耗地大量利用废渣及含硅铝原料；②各类废渣及含硅铝原料水化产生大量的无机胶凝矿物如水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙等；③稳定的水化矿物热处理为非稳定的(无定形态以及亚稳定亚结晶态)的无水矿物；④体积稳定性和耐久性；⑤可施工性；⑥生产工艺相对简单、投资较少、便于推广应用。

本发明的技术原理是：利用碱性激发和硫酸盐激发活化工业废渣及含硅铝矿物，在自然养护或蒸养条件下水化合成为含水胶凝矿物(水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水化硫铝酸钙等)，再将含水胶凝矿物热处理脱水为非稳定状态(无定形态以及亚稳定亚结晶态)矿物，然后加添加剂粉磨成无机胶凝材料。

即“先合成、再活化(包括热处理活化、机械活化、化学活化)”工艺生产水泥及膨胀剂。

本发明的优点和显著效果：

1.摒弃了传统水泥“两磨一烧”的生产方法，采用了“先合成再活化”技术路线。

2.工艺简单且可调性好，依原料化学分析与衍射分析及产品使用要求可生产满足不同性能要求的特种水泥及膨胀剂，本技术方法生产的水泥克服了诸如“碱矿渣水泥”、“凝石水泥”、“少熟料水泥”之类的性能及使用弊端，相当于传统方式生产的水泥及膨胀剂。

3.极大地降低了水泥生产能耗，仅为传统水泥能耗的18～45％。

4.可大量利用工业废渣，尤其是电厂粉煤灰、脱硫石膏、磷石膏等。

5.有利于促进无机胶凝材料工艺技术的发展。

6.本技术方法的推广应用，可有效地减轻水泥工业对资源的消耗和环境的污染，有利于建设节约型社会，实施循环经济，促进经济和社会的可持续发展。

具体实施方式

实施例1：按重量百分比，将电厂湿排粉煤灰65％、脱硫石膏20％、矾土3％、电石渣12％，混合均匀、挤压成块、自然养护后，于700℃热处理，加添加剂5％，粉磨细度为80um筛余3.7％，制成。标准稠度23.3％，初凝1:15、终凝2:13，3天抗压20.3MPa、抗折5.1MPa，28天抗压39.6MPa、抗折8.4MPa，安定性合格。

实施例2：按重量百分比，将电厂干排灰49％、磷石膏35％、石灰渣5％、矾泥渣2％、电石渣9％，混合均匀压成块堆放自然养护后。于750℃热处理，加添加剂6.5％，粉磨细度80um筛余2.7％，制成。标准稠度22.7％，初凝2:31、终凝3:49，3天抗压24.4MPa、抗折5.9MPa，28天抗压42.6MPa、抗折8.8MPa，安定性合格。

实施例3：按重量百分比，将电厂湿排灰35％、磷石膏50％、石灰渣10％、电石渣5％，混合均匀压成块、蒸养后，于800℃热处理，加添加剂4.5％，粉磨细度80um筛余2.5％，制成。标准稠度21.9％，初凝1:33、终凝2:27，1天抗压强度15.8MPa、抗折3.6MPa，3天抗压强度35.4MPa、抗折7.1MPa，28天抗压43.6MPa、抗折8.8MPa，安定性合格。

实施例4：按重量百分比，将矿渣37％、炉渣21％、磷石膏21％、电石渣7％、石灰渣4％、矾土7％、造纸废液3％，碾压混合料压实堆放，自然养护后，于700℃热处理，加添加剂8.5％，粉磨细度80um筛余2.4％，制成。标准稠度23.4％，初凝1:33、终凝2:21，3天抗压31.7MPa、抗折6.4MPa，28天抗压47.6MPa、抗折9.7MPa，安定性合格。

实施例5：按重量百分比，将钢渣45％、粉煤灰15％、氟石膏19.5％、石灰渣6％、电石渣9％、膨润土1.5％、水3％，碾压混合料压实堆放，自然养护后，于700℃热处理，加添加剂4.5％，粉磨细度80um筛余2.2％，制成。标准稠度22.3％，初凝3:15、终凝4:09，3天抗压31.7MPa、抗折5.9MPa，28天抗压47.6MPa、抗折9.2MPa，安定性合格。

Claims (7)

1.一种先合成再活化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于将工业废渣及含硅铝原料、石灰、石膏、辅料及水按比例混合均匀为混合料，然后将混合料压实堆存或压制成块，自然养护或蒸养让其充分反应，之后在450℃～850℃热处理活化，加添加剂粉磨至80um筛余＜15％，即为无机胶凝材料。

2.根据权利要求1所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述混合料重量百分配比为：工业废渣及含硅铝原料30～90％、石灰0～40％、石膏5～70％、辅料0～30％、水0～30％。

3.根据权利要求1所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述无机胶凝材料重量百分配比为：混合料经450℃～850℃热处理后的无机物50～100％，添加剂0～50％。

4.根据权利要求1所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述的工业废渣及含硅铝原料指粉煤灰、煤渣及煤渣粉、煤矸石及烧矸石、石煤及石煤渣、废弃水泥石、矿渣及矿渣粉、钢渣及钢渣粉、锰渣及锰渣粉、磷渣及磷渣粉、砖渣及砖渣粉、铅锌渣及渣粉、铬渣及铬渣粉、粘土及烧粘土、高岭土及烧高岭土、白土、矾土及烧矾土、页岩及烧页岩、石煤及烧石煤、霞石、矾泥渣、赤泥、污泥及垃圾灰渣、沸石、海泡石、膨润土、硅藻土、长石、瓷石、硅灰石、伊利石、累托石、浮石、火山灰、叶蜡石、蓝晶石及其它冶金废渣和工业尾矿中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述的辅料指膨润土、粘土及烧粘土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土粉、矾土及烧矾土、赤泥、水泥、水玻璃、纯碱、碳酸钾、烧碱、硫碱渣、铬渣、磷℃酸及磷酸盐、淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇及其它水溶性树脂、三乙醇胺、三异丙醇胺、造纸废液、助磨剂、减水剂及其它无机盐中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述的添加剂指石灰、硫酸盐及亚硫酸盐、氯盐、硝酸盐及亚硝酸盐、甲酸盐、乙酸盐、碳酸盐、无机聚合物、氟铝酸盐、氟硅酸盐、氟化物、铝酸盐、硫铝酸盐、硼酸及硼酸盐、柠檬酸及柠檬盐、酒石酸及酒石酸盐、磷酸及磷酸盐、多聚磷酸及盐、脲素、水玻璃、水泥及熟料、熟石膏粉、磷酸二氢铝、磷酸铝、烧矾土、烧粘土、海泡石、沸石、膨润土、凹凸棒土粉、硅藻土、氢氧化铝、矿渣及矿渣粉、钢渣及钢渣粉、锰渣及锰渣粉、磷渣及磷渣粉、铅锌渣及铅锌渣粉、粉煤灰及炉渣、石煤渣、矸石渣、垃圾灰渣、赤泥及煅烧赤泥、废弃水泥石、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲基醇胺及残液、多元醇及下脚料、丙三醇、丙二醇、木钠、木镁、木钙、萘系减水剂、蜜胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、多元接枝共聚减水剂、多元羧酸类减水剂、糖钙、助磨剂、早强剂、减水早强剂、缓凝剂、促凝剂、纤维、增稠剂、保水剂、乳胶粉、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素及其它水溶性树脂、改性淀粉中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的先合成再合化工艺制造无机胶凝材料，其特征在于所述的无机盐包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝、明矾、氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化亚锡、氯化亚铁、亚硫酸钙、硫代硫酸钠、氟硅酸钠、氟铝酸钙、硫铝酸钠、硫铝酸钾、氯化铝。