一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其制品

摘要

本发明公开了一次低温烧成贝利特‑硫铝酸钙‑硫硅酸钙水泥的方法，包括如下步骤：步骤a，将工业废渣与工业石膏混合，按水灰比为0.3～0.41加水混合，研磨15～60min后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样。步骤b，将上述试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～9h；优选养护温度80～130℃，养护时间为3～4h。步骤c，再于在750～1150℃下煅烧60～120min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到产品。本发明不使用石灰石，不会产生大量的二氧化碳，增加环境压力，另一方面煅烧温度低，进而能耗低。因此本发明是一种低碳、绿色的制备方法。

权利要求

1.一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤a，将工业废渣与工业石膏混合，按水灰比为0.3～0.41加水混合，研磨15～60min后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；

步骤b，将上述试样恒温养护，养护温度为80～130℃，养护时间为3～4h；

步骤c，再于在750～1150℃下煅烧60～120min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到产品；

所述的工业废渣包括硅铝质原料、铝质原料、钙质原料；

上述步骤中的原料的配比为：硅铝质原料或硅钙质原料：铝质原料：工业石膏：钙质原料＝10.77～54.12％：5.67～30.97％：5.95～15.28％：18.73～61.26％；

所述制品中含有C2S：33～62％； 30-42％； 8～25％。

2.根据权利要求1所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于将所述的步骤a、步骤b替换为：将工业废渣、工业石膏与含水化产物废料混合，按0.1～0.2加水混合，混合均匀成型，得到试样，再接续步骤c；所述的含水化产物废料为硅钙铝质原料。

3.根据权利要求1或2所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于所述的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。

4.根据权利要求1或2所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于其中硅铝质原料为增钙液态渣、煤矸石；铝质原料为尾矿铝矾土；钙质原料为电石渣、糖滤泥或石灰干化污泥。

5.根据权利要求2所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于所述的硅钙铝质原料为管桩余浆或废弃混凝土细料。

6.根据权利要求1或2所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，其特征在于上述步骤中的粉磨，磨至比表面积为350～420m2/kg。

说明书

一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其

制品

技术领域

[0001] 本发明属于材料技术领域，涉及一种贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的制备方法及其制品，具体涉及一种一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其制品。

背景技术

[0002] 当今世界正在飞速发展，人们在物质生活得以改善的同时，越来越关心我们赖以生存的地球，作为用量最大的建筑材料—水泥，对人类社会进步和社会经济发展起着重要作用的同时，也产生了高的能源与资源消耗及温室气体排放，通常普通波特兰水泥，氧化钙含量约为66％，在熟料中占50～70％的阿利特矿物，即硅酸三钙的形成温度约1450℃。该矿物含氧化钙达73.7％，CaCO3分解耗能占熟料理论热耗的46％左右，导致通用硅酸盐水泥熟料烧成的能耗高；贝利特矿物，即硅酸二钙，温度高于1250℃下即可快速形成，故可在较低的窑炉温度下形成，此外，贝利特含CaO为65.1％，低于阿利特中73.7％的CaO含量，则所需石灰石量减少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应降低，早期水化速率低；无水硫铝酸钙矿物(3CaO·3SiO2·CaSO4)，组成中CaO含量低(36.8％)和形成温度低(1300℃)，而与C2S—样具有节能和低CO2排放的特点，且该矿物具有提高早强的特点，水化具有“两头小，中间大”的特征，水化初期0～6h，水化反应较慢，AFt含量低，中期6h～3d，水化速率最快，绝大部分的水化反应都集中在该阶段完成，末期3～28d，硫铝酸钙继续反应，但速率大幅度减缓，硫硅酸钙又称特西尼特，一直被认为是惰性材料，但实际上是一种活性材料，通常在950～1200℃能够形成，在水化第二天就能迅速水化生成钙矾石，为了减少水泥生产过程中的能源消耗和二氧化碳气体排放，国内外大规模兴起对低铝或高硅硫铝酸盐水泥的研究。

[0003] 现有的制备硫硅酸钙的方法，如申请号为201510066039.8的中国专利申请，公开一种硫铝酸盐水泥，其按照设定的煅烧温度和保温时间需进行二次煅烧；申请号为201510066040.0的中国专利申请，公开了一种硫硅酸钙的制备方法，煅烧温度为1100～
1250℃，保温2～8h。上述方式具有以下不足(1)需进行二次煅烧，程序复杂，且首次煅烧温度高；(2)所需保温时间长，能源消耗大。能否开发一种一次低温合成的含有硫硅酸钙的水泥，不仅能够克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，而且能够实现废渣的有效处理，是值得本领域研究的课题。

发明内容

[0004] 发明目的：针对现有的制备含硫硅酸钙水泥工艺复杂、能耗高的不足，为了满足可持续发展的要求，本发明提供了一种一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法及其制品，该方法只需一次煅烧，保温时间短，煅烧温度低，且实现了废弃物的综合利用[0005] 技术方案：本发明所述的一次低温烧成贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥的方法，包括如下步骤：

[0006] 步骤a，将工业废渣与工业石膏混合，按水灰比为0.3～0.41加水混合，研磨15～60min后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样。

[0007] 步骤b，将上述试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～9h；优选养护温度80～130℃，养护时间为3～4h。

[0008] 步骤c，再于在750～1150℃下煅烧60～120min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到产品。优选煅烧温度为1050℃，煅烧时间120min。

[0009] 本发明还有一种替代方案，即是：将所述的步骤a、步骤b替换为：将工业废渣、工业石膏与含水化产物废料混合，按0.1～0.2加水混合，混合均匀成型，得到试样，再接续步骤c。

[0010] 具体的，对于上述两种方案来说，所述的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。

[0011] 所述的工业废渣包括硅铝质原料、铝质原料、钙质原料；其中硅铝质原料为增钙液态渣、煤矸石；铝质原料为尾矿铝矾土；钙质原料为电石渣、糖滤泥或石灰干化污泥。

[0012] 所述的含水化产物废料为硅钙铝质原料。例如管桩余浆和废弃混凝土细料。

[0013] 更具体的，上述步骤中的原料的配比为：硅铝质原料或硅钙质原料：铝质原料：工业石膏：钙质原料＝10.77～54.12％：5.67～30.97％：5.95～15.28％：18.73～61.26％。

[0014] 上述步骤中的粉磨，磨至比表面积为350～420m2/kg。

[0015] 研究中发现，本发明所采用的水热前驱体对水泥产品的力学性能影响较大，本发明所述的水热反应是将脱模后的试样进行恒温养护，最佳的养护条件为：养护温度80～130℃，养护时间为3～4h。最佳的煅烧条件为：煅烧温度为1050℃，煅烧时间120min。

[0016] 采用本申请所述制备方法制备得到的制品，该制品中含有C2S：33～62％；30～42％； 8～25％。

[0017] 有益效果：本发明的一次低温烧成贝利特-硫铝酸盐-硫硅酸钙水泥的方法通过合适的水热前驱体降低了贝利特-硫铝酸盐-硫硅酸钙水泥的烧制温度，降低了能耗，通过合适的配比及工艺改善贝利特-硫铝酸盐-硫硅酸钙水泥的性能，实现了在低温下制备低碳的贝利特-硫铝酸盐-硫硅酸钙水泥。

[0018] 本发明本发明是直接利用工业废渣、工业石膏作原料，工业废渣中含有CaO、SiO2、Al2O3和SO3，所以原料不需要改性或者其他处理，节约处理成本的同时提高的原料的利用率。大大降低了前期成本，同时解决了工业废渣造成的环境问题。并且，本发明不使用石灰石，不会产生大量的二氧化碳，增加环境压力，另一方面煅烧温度低，进而能耗低。因此本发明是一种低碳、绿色的制备方法。具体实施方式：

[0019] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，本实施例中所使用的原料的组分如表1所示。

[0020] 表1原料主要化学成分(％)

[0021]原料 CaO SiO2 Al2O3 SO3
煤矸石 1.44 58.00 17.66 1.70
电石渣 65.57 4.27 2.56 1.20
糖滤泥 46.67 1.96 1.09 1.76
石灰干化污泥 50.48 6.10 1.45 ——
脱硫石膏 30.90 2.50 2.73 44.00
磷石膏 28.67 4.11 0.62 40.53
尾矿铝矾土 0.48 8.3 39.05 ——
增钙液态渣 15.00 35.00 18.00 ——
管桩余浆 28.93 21.38 3.00 ——

[0022] 实施例1

[0023] 本实施例所设计原料配比和用水量如表2所示。

[0024] 表2实施例1原料配比和用水量

[0025]实施例1 煤矸石 尾矿铝矾土 脱硫石膏 糖滤泥 水
质量/g 203.6 118.4 65.4 612.6 373

[0026] 具体实施步骤如下：

[0027] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0028] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为60℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护9h后取出冷却；

[0029] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在950℃下煅烧90min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为350m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0030] 测得水泥各性能如表3所示。

[0031] 表3实施例1制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0032]

[0033] 实施例2：

[0034] 本实施例所设计原料配比和用水量如表4所示。

[0035] 表4实施例2原料配比和用水量

[0036]实施例2 管桩余浆 尾矿铝矾土 磷石膏 电石渣 水
质量/g 538.4 205.1 69.2 187.3 150

[0037] 具体实施步骤如下：

[0038] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0039] 2)煅烧：将块状试样置于高温炉中，在750℃下煅烧80min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为370m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0040] 测得水泥各性能如表5所示。

[0041] 表5实施例2制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0042]

[0043] 实施例3：

[0044] 本实施例所设计原料配比和用水量如表6所示。

[0045] 表6实施例3原料配比和用水量

[0046]

[0047]

[0048] 具体实施步骤如下：

[0049] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨20min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0050] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为130℃的蒸压釜中，恒温养护4.5h后取出冷却；

[0051] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1050℃下煅烧120min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为390m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0052] 测得水泥各性能如表7所示。

[0053] 表7实施例3制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0054]

[0055] 实施例4

[0056] 本实施例所设计原料配比和用水量如表8所示。

[0057] 表8实施例4原料配比和用水量

[0058]实施例4 管桩余浆 尾矿铝矾土 脱硫石膏 电石渣 水
质量/g 541.2 206.2 64.1 188.5 110

[0059] 具体实施步骤如下：

[0060] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨20min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0061] 2)煅烧：将块状试样置于高温炉中，在900℃下煅烧60min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0062] 测得水泥各性能如表9所示。

[0063] 表9实施例4制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0064]

[0065] 实施例5

[0066] 本实施例所设计原料配比和用水量如表10所示。

[0067] 表10实施例5原料配比和用水量

[0068]

[0069]

[0070] 具体实施步骤如下：

[0071] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨45min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0072] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为100℃的压蒸釜中，恒温养护6h后取出冷却；

[0073] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在850℃下煅烧90min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为340m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0074] 测得水泥各性能如表11所示。

[0075] 表11实施例5制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0076]

[0077] 实施例6

[0078] 本实施例所设计原料配比和用水量如表12所示。

[0079] 表12实施例6原料配比和用水量

[0080]实施例6 管桩余浆 尾矿铝矾土 脱硫石膏 电石渣 水
质量/g 309.1 309.7 126.2 255 200

[0081] 具体实施步骤如下：

[0082] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨60min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0083] 2)煅烧：将块状试样置于高温炉中，在900℃下煅烧120min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为360m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0084] 测得水泥各性能如表13所示。

[0085] 表13实施例6制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0086]

[0087] 实施例7

[0088] 本实施例所设计原料配比和用水量如表14所示。

[0089] 表14实施例7原料配比和用水量

[0090]实施例7 增钙液态渣 尾矿铝矾土 磷石膏 电石渣 水
质量/g 210.7 248.5 152.8 388 320

[0091] 具体实施步骤如下：

[0092] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨5h，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0093] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为120℃的蒸压釜中，恒温养护3.5h后取出冷却；

[0094] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1000℃下煅烧60min，取2
出急冷，球磨机粉磨至比表面积为360m/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0095] 测得水泥各性能如表15所示。

[0096] 表15实施例7制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0097]

[0098] 实施例8

[0099] 本实施例所设计原料配比和用水量如表16所示。

[0100] 表16实施例8原料配比和用水量

[0101]实施例8 管桩余浆 尾矿铝矾土 脱硫石膏 电石渣 水
质量/g 502.2 191.3 59.5 247 130

[0102] 具体实施步骤如下：

[0103] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨60min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0104] 2)煅烧：将块状试样置于高温炉中，在1000℃下煅烧90min，取出急冷，球磨机粉磨2
至比表面积为360m/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0105] 测得水泥各性能如表17所示。

[0106] 表17实施例8制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0107]

[0108] 实施例9：

[0109] 本实施例所设计原料配比和用水量如表18所示。

[0110] 表18实施例9原料配比和用水量

[0111]实施例9 煤矸石 尾矿铝矾土 磷石膏 石灰干化污泥 水
质量/g 212.3 123.4 74 590.3 329

[0112] 具体实施步骤如下：

[0113] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨20min，取出后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到块状试样；

[0114] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为80℃的数显恒温搅拌循环养护箱中，恒温养护9h后取出冷却；

[0115] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1150℃下煅烧120min，取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为390m2/kg即得到贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥。

[0116] 测得水泥各性能如表19所示。

[0117] 表19实施例9制得的贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥性能表

[0118]

[0119] 对比例

[0120] 采用现有技术中的常规方法，以粉煤灰、石灰石和石膏制备贝利特硫铝酸盐水泥。各原料具体成分如表20所示。

[0121] 表20原料的化学成分

[0122]名称 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2
石灰石 42.76 1.17 0.66 0.025 53.42 1.3 —— 0.24
石膏 20.75 6.83 2.77 0.57 30.10 0.98 36.84 0.24
粉煤灰 4.27 52.30 36.05 3.87 1.36 0.94 —— ——

[0123] 按设计配比称量原料，经混合、压制成型、煅烧，在1300℃下保温60min，空气中冷却即得熟料。

[0124] 测得水泥的物理力学性能如表21所示。

[0125] 表21水泥的物理力学性能

[0126]

[0127] 从实施例1～实施例9及对比例中可以看出本发明有很大的优势，本发明制备方法，与现有技术中的常规制备工艺相比，本发明是一种低碳、绿色的贝利特硫铝酸盐水泥制备方法，尤其是利用水热前驱体，其含有水化硅酸钙和水化硫铝酸钙，降低煅烧温度，降低能耗的优点；再者本发明以工业废渣为原料，不使用石灰石、粘土等矿物原料，不会产生二氧化碳，降低环境压力，节约了资源，促进了水泥的可持续发展。