一种利用赤泥及钡泥制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法

摘要

本发明公开了一种利用赤泥及钡泥制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法。（1）各矿物相的重量百分比为：C(4-x)BxA3 5%~8%、C2S15%~19%、C3S30%~45%、C4AF25%~45% 和C3A4%~8%；（2）各原料的重量百分比为：粘土10～20%、赤泥8～30%、石灰石55～65%、石膏3～5%、钡泥0.3～0.5%、铝矾土0～2%、萤石 0.4～1%；（4）原料破碎均化，烘干、粉磨；（5）制成半径5cm,厚度为2cm的圆饼状的试样,煅烧,冷却；（6）破碎，掺入所得料总质量8-12%的石膏或二水石膏，粉磨细度为350m2/kg～450m2/kg或过200目筛筛余5%。本发明具有烧成温度低，使用高铁或高铁铝质的工业废弃物和含钡的工业废渣为原料，体积收缩小，成本低廉和耐久性等特点。

权利要求

1.一种利用赤泥及钡泥制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法，其特征在于具体步骤为：（1）高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥各矿物相的重量百分比为：C(4-x)BxA3  5%~8%、 C2S15%~19%、C3S30%~45%、C4AF25%~45% 和C3A4%~8%，其中硫铝酸钡钙的分子式为：(4-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X=0.25～3；

（2）根据步骤（1）计算得出高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥其生料组成重量百分比为：CaO：40～64% 、SiO2：10～25% 、Al2O3：5～15% 、Fe2O3：6～18% 、SO3：0.5～1.5% 、BaO ：0.3～0.6% 和 CaF2：0.4～1% ；

（3）根据步骤（1）的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的数学计算软件mathematica5.0，求解非齐次线性方程组，完成赤泥、钡泥、石灰石、铝矾土、粘土、石膏和萤石掺入量的计算过程，各原料的重量百分比为：粘土10～20%、赤泥8～30% 、石灰石55～

65% 、石膏3～5%、钡泥0.3～0.5%、铝矾土0～2%、萤石 0.4～1%；

（4）将步骤（3）计算得出的各原料破碎均化，分别烘干至含水率小于1%；球磨机粉磨过

200目筛筛余小于5%，使其成分均匀，粉磨至生料混匀为止；

（5）将步骤（4）混匀的生料制成半径5cm,厚度为2 cm的圆饼状的试样,在煅烧温度为

1270℃~1350℃下条件烧结1~2小时,冷却方式采用急冷方式；

（6）将步骤（5）所得料破碎，粒径控制在1mm~3mm，掺入所得料总质量8-12%的二水石膏，再放入振动磨中粉磨细度为350m2/kg～450m2/kg或过200目筛筛余5%，制备成阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

说明书

一种利用赤泥及钡泥制备高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥的

方法

技术领域

[0001] 本发明属于水泥制备的技术领域，特别涉及以赤泥及钡泥为原料制备由硫铝酸钡钙矿物（CBA  ）、阿利特（C3S）与铁铝酸四钙（C4AF）矿物复合的高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

背景技术

[0002] 社会的发展程度日益增进，对我国的基础设施建设和工程质量要求的不断提高,针对传统硅酸盐水泥的弊端和缺点日益显著，主要体现在消耗大量优质石灰石资源，烧成温度高，煤炭资源损耗巨大，带来温室气体CO2和有害气体SOx、NOx排放量剧增，加剧环境负荷，水泥中硅酸三钙设计含量过高，促使水泥水化后期产生收缩裂痕，影响水泥的的力学工作性能。

[0003] 在资源日益紧张及环保观念深入人心的今天，进一步降低生产能耗，减少污染，是摆在水泥行业亟需解决的热点课题，许多专家学者提出生态绿色水泥的设想，水泥行业的转变发展方向趋向于利用工业废料，使污染废弃物成为第二次资源，缓解资源紧张的问题，在熟料中配入高含量低生成热焓的矿物相，如C2S 和C4AF等，降低水泥的烧成温度,节约煤炭资源和保护生态环境具有重要意义。

[0004] 赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的具有污染性的废弃物，每生产1t氧化铝同时排放出1～1.8t赤泥，据估计，我国赤泥的堆存量超过600万t，随着我国经济平稳发展，氧化铝行业的产值日趋增长,赤泥的排放量出现只增不减的趋势，目前，赤泥的堆放已给人类和动植的生存带来危害，破坏生态环境，因此，研究赤泥的综合利用是国内外学者研究的热点课题，分析赤泥中的化学成分,其中具有丰富的铁质（Fe2O3﹥30%）、铝质（Al2O3﹥15%）、钙质（CaO﹥13%）和硅质（SiO2﹥8%）原料，可作为生产水泥的原材料，如能将赤泥用于绿色低能耗水泥的生产，解决了赤泥的综合利用问题，则对社会和经济发展具有重大的意义。

[0005] 冯修吉申请专利（专利号CN1035486A）中介绍了一种含钡硫铝酸钡钙做为早强型矿物的快硬早强型水泥，其中水泥熟料的矿物组成重量百分比为含钡硫铝酸盐：40～80%，硅酸盐：10～50%，铝酸盐：0～20%，铁铝酸盐：0～40%，其烧成温度低，为1250～1350℃，这种水泥含钡硫铝酸盐所占比重较大，以成本较高的含钡矿石为原料，造价成本高,适用于特殊工程，市场普及程度受到限制。

[0006] 程新申请的专利（专利号CN1513786）中介绍了一种阿利特-硫铝酸钡钙水泥的制备方法，主要在硅酸盐水泥中引入早强型矿物硫铝酸钡钙，提高硅酸盐水泥的早期强度，改善水泥水化后期造成的体积收缩裂痕，其水泥熟料矿物重量百分比为：硫铝酸钡钙：3～38%，硅酸三钙：30～60%，硅酸二钙：15～40%，铝酸三钙：3～20%，铁铝酸盐：3～20%。由于水泥中的硅酸三钙的矿物相含量并没有减少，并没有根本上改善水泥行业高污染、高能耗的现状。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了解决上述的不足，提供一种以高铁阿利特-硫铝酸钡钙为主导矿相体系的水泥，

[0008] 本发明是将快硬早强型硫铝酸钡钙矿物、硅酸盐水泥熟料和铁铝酸盐水泥为主导矿物在低温条件下复合，形成以高铁阿利特-硫铝酸钡钙为主导矿物的新型水泥熟料矿物体系。该水泥综合硅酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和硫铝酸钡钙矿物的特点,具有烧成温度低、抗腐蚀性、耐久性、成本低廉、抗辐射性、早期强度高及后期强度增进率稳定的特点。广泛适用于抢修抢建工程、预制构件、GRC制品、低温施工工程、抗海水腐蚀工程。以前学者研究铁相在传统的硅酸盐水泥中含量占8%～12%，主要在水泥的烧成过程中起着熔剂的作用,改善生料的易烧性，对铁相是否有良好的胶凝性怀有疑问，但随着性能优良节能的铁铝酸盐水泥和高铁水泥的出现，其烧成温度一般在1300℃左右，比传统硅酸盐水泥烧成温度约低150℃，高含量低生成热焓的铁相矿物为主导矿物的水泥品种逐渐得到越来越多的重视，而硫铝酸钡钙矿物是近年来常钧等学者研究出来的一种快硬早强型矿物,具有一定的微膨胀特性，烧成温度在1350℃左右，本发明将C4AF和CBA 进行复合,引入到硅酸盐水泥水泥体系中，降低硅酸三钙的含量，使得胶凝体系中的矿物相形成温度在1300℃左右形成，节约了能源，降低了成本，解决传统硅酸盐水泥行业高污染、高能耗、水化后期水泥收缩开裂的弊端，由于硫铝酸钡钙是一种早强型矿物，补偿因C4AF含量取代早强型矿物C3S的含量导致水泥早期强度低的缺点，同时，生产高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥，可以采用氧化铝含量低得多的铁矾土，含高铁或高铁铝质的工业废渣及含钡的工业废渣，其原料来源更广，进一步降低成本，为处理工业废渣提供一条有效的途径

[0009] 具体步骤为：

[0010] （1）高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥其水泥熟料主要是由C4AF－ CBA －C3S－C2S－C3A组成的矿相体系，各矿物相的重量百分比为：C(4-x)BxA 3  5%~8%、 C2S15%~19%、C3S30%~45%、C4AF25%~45% 和C3A4%~8%，其中硫铝酸钡钙的分子式为：(3-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X=0.25～3；硫铝酸钡钙（CBA ）的分子式优选为：2.75CaO·0.25BaO·3Al2O3·CaSO4 。

[0011] （2）根据步骤（1）计算得出高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥其生料组成按重量百分比为：CaO：40～64% 、SiO2：10～25% 、Al2O3：5～15% 、Fe2O3：6～18% 、 SO3：0.5～1.5% 、BaO ：0.3～0.6% 和 CaF2：0.4～1% 。

[0012] （3）根据步骤（1）的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的数学计算软件mathematica5.0,求解非齐次线性方程组,完成赤泥、钡泥、石灰石、铝矾土、粘土、石膏、和萤石掺入量的计算过程，各原料的重量百分比：粘土10～20%、赤泥8～30% 、石灰石55～65% 、石膏3～5%、钡泥0.3～0.5%、铝矾土0～2%、萤石 0.4～1%。

[0013] （4）将步骤（3）计算得出的各原料破碎均化，分别烘干至含水率小于1%；球磨机粉磨过200目筛筛余小于5%，使其成分均匀，粉磨至生料混匀为止。

[0014] （5）将步骤（4）混匀的生料制成半径5cm,厚度为2 cm的圆饼状的试样,在煅烧温度为1270 ~1350 下条件烧结1~2小时,冷却方式采用急冷方式。

[0015] （6）将步骤（5）所得料破碎，粒径控制在1mm~3mm，掺入所得料总质量8-12%的石膏或二水石膏, 再放入振动磨中粉磨细度为350m2/kg～450m2/kg或过200目筛筛余5%，制备成阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

[0016] （7）水泥成型养护到1d、3d、28d等不同龄期，利用抗折抗压测定水泥的强度。

[0017] 本发明具有烧成温度低，使用高铁或高铁铝质的工业废弃物和含钡的工业废渣为原料，体积收缩小，成本低廉和耐久性等特点。

附图说明

[0018] 图1 赤泥的XRD分析图。

[0019] 图2是本发明实施例不同C4AF的含量的水泥熟料XRD分析图。

具体实施方式

[0020] 取自广西平果铝业公司的赤泥以及广西象州联壮化工的钡泥、石灰石、铝矾土、粘土、石膏进行水泥生产实验.各原料的化学成分如下表1所示：

[0021] 表1： 原料的化学成分/%

[0022]

[0023] 实施例1：

[0024] （1）设计水泥熟料矿物相组成重量百分比为：C3.75B0.25A3  6%、C2S:19% 、C3S 42%、C4AF 25%和C3A 8%。

[0025] （2）采用Excel自带的数学计算软件mathematica5.0,计算出原料的重量百分比为：粘土15.66%、赤泥12.53%、石灰石66.15%、石膏3.6%、钡泥0.33%、铝矾土1.15%和萤石0.58%。

[0026] （3）将步骤（2）计算得出的各原料破碎均化，分别烘干至含水率小于1%；球磨机粉磨过200目筛筛余小于5%，使其成分均匀，粉磨至生料混匀为止。

[0027] （4）将步骤（3）混匀的生料制成半径5cm,厚度为2 cm的圆饼状的试样,在煅烧温度为1300 下条件烧结1小时，冷却方式采用急冷方式。

[0028] （5）将步骤（5）所得料用Y90L-4型破碎机进行破碎，粒径控制在1mm~3mm，掺入所得料总质量8%的石膏, 再放入振动磨中粉磨细度为400m2/kg，制备成阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

[0029] （6）水泥成型养护到1d、3d、28d等不同龄期，利用抗折抗压测定水泥的强度。

[0030] 实施例2：

[0031] （1）设计水泥熟料矿物相组成重量百分比为：C3.75B0.25A3  6%、C2S:19% 、C3S 37%、C4AF 30%和C3A 8%。

[0032] （2）采用Excel自带的数学计算软件mathematica5.0,计算出原料的重量百分比为：粘土13.79%、赤泥16.4%、石灰石63.86%、石膏3.57%、钡泥0.33%、铝矾土1.47%和萤石0.58%。

[0033] （3）将步骤（2）计算得出的各原料破碎均化，分别烘干至含水率小于1%；球磨机粉磨过200目筛筛余小于5%，使其成分均匀，粉磨至生料混匀为止。

[0034] （4）将步骤（3）混匀的生料制成半径5cm,厚度为2 cm的圆饼状的试样,在煅烧温度为1290 下条件烧结1小时,冷却方式采用急冷方式。

[0035] （5）将步骤（5）所得料用Y90L-4型破碎机进行破碎，粒径控制在1mm~3mm，掺入所得2
料总质量10%的石膏, 再放入振动磨中粉磨细度为400m/kg，制备成阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

[0036] （6）水泥成型养护到1d、3d、28d等不同龄期，利用抗折抗压测定水泥的强度。

[0037] 实施例3：

[0038] （1）设计水泥熟料矿物相组成重量百分比为：C3.75B0.25A3  6%、C2S:19% 、C3S 32%、C4AF 35%和C3A 8%。

[0039] （2）采用Excel自带的数学计算软件mathematica5.0,计算出原料的重量百分比为：粘土11.95%、赤泥20.34%、石灰石61.64%、石膏3.55%、钡泥0.33%、铝矾土1.8%和萤石0.39%。

[0040] （3）将步骤（2）计算得出的各原料破碎均化，分别烘干至含水率小于1%；球磨机粉磨过200目筛筛余小于5%，使其成分均匀，粉磨至生料混匀为止。

[0041] （4）将步骤（3）混匀的生料制成半径5cm,厚度为2 cm的圆饼状的试样,在煅烧温度为1290 下条件烧结1小时,冷却方式采用急冷方式。

[0042] （5）将步骤（5）所得料用Y90L-4型破碎机进行破碎，粒径控制在1mm~3mm，掺入所得料总质量12%的石膏, 再放入振动磨中粉磨细度为400m2/kg，制备成阿利特-硫铝酸钡钙水泥。

[0043] （6）水泥成型养护到1d、3d、28d等不同龄期，利用抗折抗压测定水泥的强度。

[0044] 实施例结果分析:

[0045] 在实验室用马沸炉对以上的熟料煅烧,烧成温度为1290℃～1300℃,水泥的物理力学性见表2。

[0046] 表2 ：水泥力学性能

[0047]

[0048] 对三组熟料进行了XRD分析，见图2，结果表明：采用赤泥和钡泥生产高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料矿物体系中，形成了以C4AF、C3S和CBA 为主导矿相体系的新型水泥，进一步说明这两种矿物的复合与共存，并可采用氧化铝含量低的铁矾土和高铁或高铁铝质的工业废渣及含钡废渣为原料生产这种水泥，进一步降低成本。