一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料

摘要

一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料，熟料成份采用“低铁高镁、控制镁硫比”方案，其中Fe2O3的质量含量为2.2－3.3%，MgO的质量含量为3.5－8.5%，SO3的质量含量为0.3－4.0%；MgO/SO3质量比为1.2－12∶1；CaO的质量含量为63－66%，SiO2的质量含量为21－23%，Al2O3的质量含量为4.5－6.0%，碱的质量含量为0.1-3.0%。本发明可利用劣质含镁石灰石，利用现有水泥生产工艺制造，能降低成本。

权利要求

1.一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料，其特征在于，Fe2O3的质量含量为2.2－3.3%，MgO的质量含量为3.5－8.5%，SO3的质量含量为0.3－4.0%；MgO/SO3质量比为1.2－12∶1；

CaO的质量含量为63－66%，SiO2的质量含量为21－23%，Al2O3的质量含量为4.5－6.0%，碱的质量含量为0.1-3.0%，所述碱为Na2O和K2O。

2.根据权利要求1所述的抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料，其特征在于，所述MgO/SO3质量比为1.4-10∶1。

3.根据权利要求1或2所述的抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料，其特征在于，所述MgO来自生料中的原料含镁的石灰石、白云石或菱镁矿。

说明书

一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种硅酸盐熟料，尤其是涉及一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料。

背景技术

[0002] 众所周知，硅酸盐熟料的主要成分是CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，而MgO视为影响强度和安定性的有害成分，普通硅酸盐熟料主要化学成分的含量一般控制在CaO 63－66%、SiO221－23%、Fe2O3 3.5－4.5%、Al2O3 4.5－6.0%、MgO＜2.5%,国家标准GB/T21372-2008中限制硅酸盐熟料中MgO含量＜5%,这是因为，长期的生产实践和科学试验都证明，在Fe2O3含量为3.5－4.5%的普通硅酸盐熟料中，MgO偏高时，第一影响窑况和生产的稳定性，第二镁在熟料中形成粗大的水化很慢且膨胀的方镁石瞐体，影响水泥后期安定性，还会严重降低熟料强度。为此，国内外许多科研院所及一线科技人员针对“MgO对水泥熟料煅烧的影响”、“MgO对硅酸盐熟料与水泥强度及安定性的影响”，以及“煅烧高镁熟料”等进行了长期不懈的研究，虽然经过不断地调整配料和工艺，生产的稳定性有所提高，但效果仍旧不尽如人意，因此，大量的水泥生产企业不得不弃置附近的含镁石灰石矿，舍近求远地去找含镁低的石灰石或采用异地运来的低镁石灰石搭配部分高镁石灰石，这不但导致微利的水泥生产企业原料成本上升，而且浪费大量的含镁石灰石资源。部分区域，如我国广西的部分地区，虽然遍地是石灰石山，但因镁含量偏高，当地水泥厂已基本上无可用之石灰石。

[0003] 另一方面，普通硅酸盐熟料磨制的水泥，也就是说最大宗的建筑材料——硅酸盐水泥，其公知的两个一直难以解决的技术问题：一是制品的收缩性偏大，二是抗碳化性能差。

[0004] 解决硅酸盐制品的收缩问题，当前的技术措施，一是加膨胀剂，二是加纤维材料，三是加入高分子树脂材料。对于大体积工程，抗收缩主要采用加膨胀剂，常用的膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化镁类、氧化铁类、铝粉类。大量试验研究和应用证明，在水泥中加入约5%的粉磨的焙烧MgO可有效解决硅酸盐材料的收缩问题，且不会影响长期的体积安定性。现有技术中亦有研究高镁低热硅酸盐熟料的。

[0005] 为解决硅酸盐制品的抗碳化性能差的问题，目前以增加致密性、增加制品厚度和实施气孔或表面封闭为主，而大量试验显示，在硅酸盐水泥制品中加入4%以上Mg(OH)2可提高抗碳化性能1－3倍。

[0006] 水泥生产如何利用量大的含镁偏高的劣质石灰石，化不利的有害成分为有利的有益成分，目前还未见报道。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可利用劣质含镁石灰石、利用现有水泥生产工艺制造的抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料，熟料成份采用“低铁高镁、控制镁硫比”方案，其中Fe2O3的质量含量为2.2－3.3%，MgO的质量含量为3.5－8.5%，SO3的质量含量为0.3－4.0%；MgO/SO3质量比为1.2－12∶1（优选1.4—10∶1）；CaO的质量含量为63－66%，SiO2的质量含量为21－23%，Al2O3的质量含量为4.5－6.0%，碱（R2O）的质量含量为0.1-3.0%，所述碱为Na2O和K2O。

[0009] 熟料成份中，CaO、SiO2、Al2O3及碱等其他成份为正常硅酸盐熟料成分含量。

[0010] 所述MgO来自生料配料中的原料含镁的石灰石、白云石(CaCO3·MgCO3)、菱镁矿（MgCO3)或其它含镁原料。

[0011] 所述抗收缩低铁高镁硅酸盐熟料采用现有的水泥工艺如干法旋窑水泥生产工艺或立式窑水泥生产工艺制造。

[0012] 本发明的熟料成分采用“低铁高镁（正常铝）、控制镁硫比”技术方案，具有如下有益效果：（1）能化解MgO含量偏高对窑况及生产稳定性的影响；（2）利于C2S在低铁高镁及2+ 2+
正常铝含量的液相中吸收CaO生成C3S，且以镁硫比的控制抑制了Mg 替代Ca 进入硅酸盐矿物晶格而降低熟料水化活性的问题，不影响硅酸盐矿物的正常数量和水化活性；（3）低铁和镁硫比控制，稀释和抑制MgO的富集，解决了因MgO在Fe2O3含量为3.5－4.5%的普通硅酸盐熟料中易产生MgO富集生成粗大方镁石晶体产生有害的爆笋性膨胀的问题，促使MgO呈无定形态及微晶态（<5μm），相对均匀分布于熟料硅酸盐矿物相中；（4）利用均匀分布在熟料硅酸盐矿物相中的无定形态和微晶态MgO稳定水化生成的Mg(OH)2的体积膨胀效应解决整体的自生体积收缩问题，并利用无定形态及微晶态MgO水化产生的Mg(OH)2提高抗碳化能力；（5）便于采用劣质原料高镁石灰石和劣质燃煤高硫煤。

[0013] 研究表明，硅酸盐熟料中最高可固熔约8.5%的无定形和微晶态MgO（远高于传统熟料成分控制技术方案下的固熔仅2%MgO）；本发明干法旋窑实际生产中，熟料中MgO的质量百分比在5－6%时窑况仍很稳定，熟料28天强度可稳定在60MPa以上，凝结时间正常，压蒸试验（试验方法GB/T750-1992）安定性完全合格。经反复检测本发明熟料中无定形态和微晶态MgO含量≥3.5%，可完全抵消硅酸盐熟料矿物成分水化产生的自生体积收缩，并可提高抗碳化能力1倍以上。

[0014] 本发明低铁高镁硅酸盐熟料具有优良的轻烧氧化镁和硫铝酸钙双膨胀源特征。可利用劣质含镁石灰石等原料，将不利的有害成分转化为有益成分，且可按照现有水泥生产工艺进行制造。

具体实施方式

[0015] 以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0016] 实施例1

[0017] Φ3.5×47m干法旋窑水泥生产线，其自有矿山石灰石MgO含量达5.0wt%，当地煤源为硫含量6wt%的半烟高硫煤。原有熟料控制Fe2O3在3.8wt%、燃煤采用硫含量为1.5wt%的配煤，因熟料中MgO含量高达4.7%，窑内结圈长蛋严重，窑况稳定性很差，熟料3天强度波动在24－27MPa，28天强度波动在48－53MPa，出窑熟料压蒸安定性基本不合格，依赖多加渣提高粉磨细度解决水泥安定性问题。

[0018] 本发明“低铁高镁（正常铝）、镁硫比控制”熟料技术方案，设计控制硅酸盐熟料各成分的质量百分比为：Fe2O3控制在2.7%、MgO 4.5%，镁硫比控制在1.8，燃煤采用本地半烟高硫煤。实际生产熟料中SO3含量平均在2.6%、MgO4.7%、Fe2O32.7%，（CaO的质量含量为63.3%，SiO2的质量含量为21.1%、Al2O3的质量含量为4.8%，碱的质量含量0.3%，烧失量Loss0.5%）。熟料C2S和C3S总量仍维持在与原熟料方案相当，窑内基本上无结皮结圈长蛋现象、窑况稳定，熟料凝结时间正常，热耗平均下降10%，熟料3天强度波动在30－35MPa、28天强度波动在58－64MPa，出窑熟料压蒸试验(试验方法GB/T750-1992)安定性合格。

[0019] 实施例2

[0020] Φ4×60m干法旋窑水泥生产线，其自有矿山石灰石现MgO含量已高达5.3wt%，不得已以外购低镁石灰石为主，搭配部分自有石灰石。原熟料控制Fe2O3在3.7wt%、燃煤限制硫含量为1.5wt%、熟料中MgO含量控制为2.4wt%，窑内结皮结圈长蛋、窑况稳定性较差，熟料3天强度波动在25－30MPa、28天强度波动在48－54MPa，出窑熟料压蒸试验安定性合格率仅68%。

[0021] 试用本发明“低铁高镁（正常铝）、镁硫比控制”熟料技术方案，利用自有石灰石,设计控制硅酸盐熟料各成分的质量百分比为：Fe2O3控制在2.7%、MgO4.3－5.5%，镁硫比控制在2.0－3.2，燃煤硫含量放宽至4%。实际生产熟料中平均Fe2O32.7%、SO3含量为2.1%、MgO4.9%，（CaO的质量含量为63%，SiO2的质量含量为21.6%、Al2O3的质量含量为4.8%，碱的质量含量0.4%，烧失量Loss0.5%）。硅酸盐矿物（C2S+C3S）仍维持在与原熟料方案相当水平，两类熟料成份中碱等其它成份含量相当，窑内基本上无结皮结圈长蛋现象、窑况稳定，熟料热耗平均下降6%，熟料凝结时间正常、3天强度波动在30－36MPa、28天强度波动在58－63MPa，熟料压蒸试验安定性合格率100%。

[0022] 原熟料方案和本发明熟料方案的硅酸盐熟料，按水工混凝土试验规程SD105—82的试验方法实测的自生体积变形数据统计结果见表1，从各12组的3d、7d、15d、28d、60d、90d、180d、1y、2y、3y的混凝土的自生体积变形看，原熟料方案显示为收缩型，最大收缩值-6
达－121×10 ，本发明熟料方案显示为微膨胀型，且膨胀稳定期在60－90天，最大膨胀值-6
为19×10 。

[0023]

[0024] 实施例3

[0025] Φ4.3×64m干法旋窑水泥生产线，其自有矿山石灰石现MgO含量已高达6.0wt%，不得已以外购低镁石灰石为主，搭配部分自有石灰石。原熟料Fe2O3在3.6wt%、燃煤限制硫含量≤1.5wt%，熟料中MgO含量控制在2.0wt%，窑内结皮结圈、窑况稳定性较差，熟料3天强度波动在26－31MPa、28天强度波动在50－55MPa，出窑熟料压蒸试验法安定性合格率71%。

[0026] 采用本发明“低铁高镁（正常铝）、镁硫比控制”熟料技术方案，利用自有石灰石，设计控制硅酸盐熟料各成分的质量百分比为:Fe2O3控制在2.5－2.9%、MgO4.3－5.5%，镁硫比控制在1.4－5.0，燃煤硫含量放宽至2.5%。实际生产熟料中平均Fe2O32.8%、SO3含量在1.1%、MgO4.8%，（CaO的质量含量为64.1%，SiO2的质量含量为22.0%、Al2O3的质量含量为
4.6%，碱的质量含量0.2%，Loss0.4%）。硅酸盐矿物（C2S+C3S）仍维持在与原熟料方案相当水平，两类熟料成份分析中碱等其他成分含量相当，窑内基本上无结皮结圈长蛋现象、窑况稳定，熟料热耗平均下降5%，熟料凝结时间正常、3天强度波动在30－36MPa、28天强度波动在59－65MPa，熟料压蒸试验安定性合格率100%。

[0027] 原熟料方案和本发明熟料方案的硅酸盐熟料，按水工混凝土试验规程SD105—82的试验方法实测的自生体积变形数据统计结果见表2，从各6组的3d、7d、15d、28d、60d、90d、180d、1y、2y的混凝土的自生体积变形看，原熟料方案显示为收缩型，最大收缩值达－-6
125×10 ，本发明熟料方案显示为微膨胀型，且膨胀稳定期在60天左右，最大膨胀值为-6
31×10 。

[0028]

[0029] 实施例4

[0030] Φ4.8×72m干法旋窑水泥生产线，其自有矿山石灰石现MgO含量已高达6.6wt%，不得已以外购低镁石灰石为主，搭配部分自有石灰石。原熟料控制Fe2O3在3.7wt%、燃煤限制硫含量≤1.2wt%，熟料中MgO含量控制在2.5wt%，窑内结皮结圈长蛋、窑况稳定性较差，熟料3天强度波动在27-30MPa、28天强度波动在48-56MPa，熟料压蒸试验安定性合格率仅83%。

[0031] 采用本发明“低铁高镁（正常铝）、镁硫比控制”熟料技术方案，利用自有石灰石，设计控制硅酸盐熟料各成分的质量百分比为:Fe2O3控制在2.6－2.8%、MgO4.5－5.5%，镁硫比控制在5－10，燃煤硫含量放宽至1.5%。实际生产熟料中平均Fe2O32.7%、SO3含量0.8%、MgO5.2%，（CaO的质量含量为63.3%，SiO2的质量含量为21.7%，Al2O3的质量含量为4.9%，碱的质量含量1.0%，Loss0.4%）。硅酸盐矿物（C2S+C3S）仍维持与原熟料方案相当水平，两类熟料成份中碱等其他成份含量相当，窑内基本上无结皮结圈长蛋现象、窑况稳定，熟料热耗平均下降6%，熟料凝结时间正常、3天强度波动在30－36MPa、28天强度波动在58－63MPa，熟料压蒸试验安定性合格率99.5%。

[0032] 原熟料方案和本发明熟料方案的硅酸盐熟料，按水工混凝土试验规程SD105—82的试验方法实测的自生体积变形数据统计结果见表3，从各12组的3d、7d、15d、28d、
60d、90d、180d、1y、2y的混凝土的自生体积变形看，原熟料方案显示为收缩型，最大收缩值-6
达-111×10 ，本发明熟料方案显示为微膨胀型，且膨胀稳定期在60天左右，最大膨胀值为-6
24×10 。

[0033]

[0034] 实施例5

[0035] Φ3×48m干法旋窑水泥生产线，其自有矿山石灰石现MgO含量已高达5.4wt%，不得已以外购低镁石灰石为主，搭配部分自有石灰石。原熟料控制Fe2O3在3.7 wt %、燃煤限制硫含量≤1.5 wt %，熟料中MgO含量控制在2.3wt%，窑内结皮结圈长蛋、窑况稳定性较差，熟料3天温度波动在24-29MPa、28天强度波动在48－54MPa，出窑熟料压蒸试验安定性合格率仅81%。

[0036] 采用本发明“低铁高镁（正常铝）、镁硫比控制”熟料技术方案，利用自有石灰石，设计控制硅酸盐熟料成分的质量百分比为:Fe2O3控制在2.3－3.0%、MgO4.3－5.3%，镁硫比控制在2.5－5.0，燃煤硫含量放宽至2.5%。实际生产熟料中平均Fe2O32.9%、SO3含量1.2%、MgO4.7%，（CaO的质量含量为63.7%，SiO2的质量含量为21.8%、Al2O3的质量含量为4.8%，碱的质量含量0.4%，Loss0.5%）。硅酸盐矿物（C2S+C3S）仍维持在与原熟料方案相当水平，两类熟料成份中碱等其它杂质含量相当，窑内基本上无结皮结圈长蛋现象、窑况稳定，熟料热耗平均下降8%，熟料凝结时间正常、3天强度波动在30－35MPa、28天强度波动在58－62MPa，出窑熟料压蒸试验安定性合格率98.9%。

[0037] 原熟料方案和本发明熟料方案的硅酸盐熟料，按水工混凝土试验规程SD105—82的试验方法实测的自生体积变形数据统计结果见表4，从各6组的3d、7d、15d、28d、
60d、90d、180d、1y、2y的混凝土的自生体积变形看，原熟料方案显示为收缩型，最大收缩值-6
达-115×10 ，本发明熟料方案显示为微膨胀型，且膨胀稳定期在60天左右，最大膨胀值为-6
22×10 。

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