一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法

摘要

本发明涉及一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法，所述方法是利用铅锌尾矿中的金属元素进行矿物固溶，诱导硅酸盐矿物晶格发生畸变，降低硅酸盐矿物晶格能，降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点；根据低热水泥熟料的组成及其熟料的石灰饱和系数、硅率和铝率三个指标，确定生料组分和各生料组分的重量配比；将配好的生料组分进行充分混合，粉磨成生料粉；烧至熔融，并冷却，得到低热硅酸盐水泥熟料。采用本发明制作的低热硅酸盐水泥熟料可以降低生产成本，降低煤用量5%‑10%，单位时间内提高低热硅酸盐水泥熟料产量5%‑10%，能够显著降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点。

权利要求

1.一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法，其特征在于：所述方法是利用铅锌尾矿中的金属元素进行矿物固溶，诱导硅酸盐矿物晶格发生畸变，降低硅酸盐矿物晶格能，降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点；所述金属元素为铅、锌和铜；

包括以下步骤：

1）根据低热水泥熟料的组成及其熟料的石灰饱和系数、硅率和铝率三个指标，确定生料组分和各生料组分的重量配比；

所述生料原料包括石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石；

2）将步骤1）中配好的生料组分进行充分混合，粉磨成生料粉；

3）将所述步骤2）生料粉烧至熔融，并冷却，得到低热硅酸盐水泥熟料；

所述步骤1）低热硅酸盐水泥熟料包括按重量份计的以下组分：硅酸三钙：25-50份；硅酸二钙：30-55份；铝酸三钙：0.5-4份；铁铝酸四钙：10-23份；氧化镁：0.5-7份；

所述步骤1）熟料的石灰饱和系数为0.78 0.82；硅率为2.6 2.8；铝率为0.68 0.72。

~ ~ ~

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）低热硅酸盐水泥熟料包括按重量份计的以下组分：硅酸三钙：30-40份；硅酸二钙：40-50份；铝酸三钙：1-3份；铁铝酸四钙：15-18份；氧化镁：1-6份。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中生料粉的细度为80μm方孔筛筛余重量百分比≤15%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测低热硅酸盐水泥熟料的最低共熔点的方法为：将步骤2）所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min；通过影像式烧结点试验仪观察试样，试验出现收缩，对比镜像上的参照网格，试验收缩达二格，样品呈暗亮状，即达到最低共熔点。

说明书

一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，特别是一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法。

背景技术

[0002] 传统的硅酸盐水泥是最主要的建筑材料之一。但是，由于水泥中含有大量高钙阿里特(Alite，简号为C3S)矿物，因此存在着某些难以克服的缺点和不足之处。如水泥混凝土坍落度损失快，施工性能差；水化热高，混凝土易产生温差裂缝；干燥收缩较大，易产生干缩裂缝等。

[0003] 在水工大坝建设中，为防止温度裂缝的出现，要求水泥具有低水化热特性。低热硅酸盐水泥具有比普通硅酸盐水泥、中热水泥更低的水化热、低干缩率和高耐久性，配制的水工大体积混凝土干缩小，抗折强度高，绝热温升比中热水泥混凝土低5～10℃，综合抗裂性能优于中热水泥混凝土，是配制水工大体积混凝土首选的胶凝材料。目前已成功应用于三峡、深溪沟、溪洛渡、向家坝等水电工程建设，呈现良好的推广应用前景。

[0004] 但低热硅酸盐水泥早期强度偏低，对混凝土工程的施工进度和工程质量不利，阻碍了其在水工大坝建设中的规模应用。有效降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点可诱导硅酸盐矿物在窑内更充分的成核、长大、维持高活性晶型，从而部分提高水泥早期强度。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点，提供高质量的水泥。

[0006] 一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法，其特征在于：所述方法是利用铅锌尾矿中的金属元素进行矿物固，诱导硅酸盐矿物晶格发生畸变，降低硅酸盐矿物晶格能，降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点；

[0007] 所述金属元素为铅、锌和铜。所述方法包括步骤如下：

[0008] 1)根据低热水泥熟料的组成及其熟料的石灰饱和系数、硅率和铝率三个率值选择生料组分和确定各生料组分的重量配比；

[0009] 所述生料原料包括石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石；

[0010] 所述石灰饱和系数0.78～0.82；硅率2.6～2.8；铝率0.68～0.72；

[0011] 2)将步骤1)中配好的生料组分进行充分混合，粉磨成生料粉；

[0012] 3)将所述生料粉烧至熔融，并冷却，得到低热硅酸盐水泥熟料。

[0013] 所述步骤1)低热硅酸盐水泥熟料包括按重量份计的以下组分：

[0014] 硅酸三钙：25-50份；硅酸二钙：30-55份；铝酸三钙：0.5-4份；铁铝酸四钙：10-23份；氧化镁：0.5-7份。

[0015] 所述步骤1)低热硅酸盐水泥熟料包括按重量份计的以下组分：

[0016] 硅酸三钙：30-40份；硅酸二钙：40-50份；铝酸三钙：1-3份；铁铝酸四钙：15-18份；氧化镁：1-6份。

[0017] 所述步骤2)中生料粉的细度为80μm方孔筛筛余重量百分比≤15％。

[0018] 检测低热硅酸盐水泥熟料的最低共熔点的方法为：将步骤2)所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min；通过影像式烧结点试验仪观察试样，试验出现收缩，对比镜像上的参照网格，试验收缩达二格，样品呈暗亮状，即认为达到最低共熔点。

[0019] 本发明提供的一种降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点的方法，有益效果如下：

[0020] 1、本发明利用铅锌尾矿中铅、锌、铜等金属元素进行矿物固溶(离子固熔)，诱导硅酸盐矿物晶格发生畸变，降低硅酸盐矿物晶格能，从而有效降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点。

[0021] 2、本发明可诱导硅酸盐矿物在窑内更充分的成核、长大、维持高活性晶型，从而提高水泥早期强度，以弥补低热硅酸盐水泥早期强度不足的缺点，满足水电工程的施工进度要求。

[0022] 3、采用本发明工艺制作的低热硅酸盐水泥熟料可以降低生产成本，降低煤用量5％-10％，单位时间内提高低热硅酸盐水泥熟料产量5％-10％，能够显著降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点。

[0023] 4、本发明通过严格控制生料粉的细度，保证原料能够快速充分熔融，提高低热硅酸盐水泥熟料的生产效率。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

[0025] 本发明是以铅锌尾矿作为原材料进行低热硅酸盐水泥生料配料，利用其中的铅、锌、铜等金属元素进行矿物固熔，诱导硅酸盐矿物晶格发生畸变，降低硅酸盐矿物晶格能，从而有效降低低热硅酸盐水泥熟料最低共熔点。

[0026] 为了详细说明本专利的方法和特点，现举例说明如下。

[0027] 实施例1

[0028] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.78；硅率2.6；铝率0.68，计算熟料的化学成分，进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表3。将这些原料一起放入球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤12％的生料粉，生料粉烧至熔融，并冷却，得到低热硅酸盐水泥熟料。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0029] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表4。

[0030] 表1 原材料的化学成分(重量份计)

[0031]  烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
石灰石 42.08 1.79 1.22 0.46 51.30 2.40
硅石 1.41 90.10 0.92 1.01 0.95 1.09
铅锌尾矿 10.13 40.43 23.21 20.71 1.00 0.51
铁矿石 2.44 13.50 4.38 71.80 2.66 0.58
页岩 3.71 77.00 5.51 4.46 5.00 1.10

[0032] 表2 低热硅酸盐水泥设计矿物组分

[0033]

[0034] 表3 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比1

[0035]

[0036] 表4 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比1

[0037]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1245
页岩 1350

[0038] 实施例2

[0039] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.82；硅率2.8；铝率0.72，计算熟料的化学成分，进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表5。将这些原料一起放入粉磨至80μm方孔筛筛余≤11％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0040] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表6。

[0041] 表5 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比2

[0042]

[0043] 表6 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比2

[0044]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1240
页岩 1350

[0045] 实施例3

[0046] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.79；硅率2.7；铝率0.69，计算熟料的化学成分，进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表7。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0047] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表8。

[0048] 表7 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比3

[0049]

[0050] 表8 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比3

[0051]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1252
页岩 1350

[0052] 实施例4

[0053] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.81；硅率2.7；铝率0.71，计算熟料的化学成分，再用试配法进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表9。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在
850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0054] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表10。

[0055] 表9 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比4

[0056]

[0057] 表10 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比4

[0058]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1250
页岩 1350

[0059] 实施例5

[0060] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.81；硅率2.7；铝率0.69，计算熟料的化学成分，进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表11。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤9％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0061] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表12。

[0062] 表11 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比5

[0063]

[0064] 表12 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比5

[0065]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1270
页岩 1350

[0066] 实施例6

[0067] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.79；硅率2.7；铝率0.69，计算熟料的化学成分，再用试配法进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表13。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤9％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在
850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0068] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表14。

[0069] 表13 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比6

[0070]

[0071] 表14 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比6

[0072]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1251
页岩 1350

[0073] 实施例7

[0074] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.81；硅率2.7；铝率0.71，计算熟料的化学成分，再用试配法进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表15。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤8％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在
850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0075] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表16。

[0076] 表15 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比7

[0077]

[0078] 表16 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比7

[0079]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1260
页岩 1350

[0080] 实施例8

[0081] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.79；硅率2.7；铝率0.71，计算熟料的化学成分，再用试配法进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表17。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤8％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在
850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0082] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表18。

[0083] 表17 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比8

[0084]

[0085] 表18 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比8

[0086]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1255
页岩 1350

[0087] 实施例9

[0088] 采用石灰石、硅石、铅锌尾矿、铁矿石为原材料(化学成分见表1)。根据表2中设计的低热硅酸盐水泥熟料的矿物组分，低热硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数0.79；硅率2.7；铝率0.69，计算熟料的化学成分，再用试配法进行配料，配料的结果为以重量份计，生料配比见表19。将这些原料一起放入实验球磨机中粉磨至80μm方孔筛筛余≤7％的生料粉。将所述生料粉置于影像式烧结点试验仪内升温，在850℃以下时升温速率控制在50℃/min；在
850℃以上时控制在5℃/min。通过影像式烧结点试验仪测定最低共熔点。

[0089] 采用石灰石、页岩、硅石、铁矿石为原材料，用上述方法制备对比样。对比结果见表20。

[0090] 表19 铅锌尾矿制备低热硅酸盐水泥配料比9

[0091]

[0092] 表20 铅锌尾矿与页岩制备低热硅酸盐水泥最低共熔点对比9

[0093]  最低共熔点℃
铅锌尾矿 1240
页岩 1350

[0094] 上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。