一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法

摘要

本发明属于固体废弃物利用领域，涉及一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，包括：将铝灰、电石渣和黄金尾矿分别烘干、粉磨，得到磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿；将磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿混合均化，将均化后的生料进行煅烧，得到水泥熟料；将得到的高温水泥熟料磨细，即得。本发明制备的高温水泥矿物体系不同于传统的铝酸盐水泥矿物体系，打破传统理论和工艺对碱度系数和铝硅比的限制，降低生料中氧化铝的含量，熟料中矿物以铝酸一钙和钙铝黄长石为主的形式存在，同时，试验结果表明：该矿物体系下的高温水泥具备了相应的强度和耐高温性，满足应用需求。

权利要求

1.一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，包括：将铝灰、电石渣和黄金尾矿分别烘干、粉磨，得到磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿；

将磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿混合均化，使生料碱度系数为0.75‑0.89，均化后的生料中CaO占33‑38重量份，SiO2占3‑8重量份，Al2O3占46‑58重量份，Fe2O3占0‑3重量份，TiO2占0‑3重量份，铝硅比为7‑18；

将均化后的生料进行煅烧，得到水泥熟料；

将得到的高温水泥熟料磨细，即得。

2.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，粉磨后的铝灰、电石渣和黄金尾矿的出磨细度为在0.08mm方孔筛的筛余为10％以内。

3.如权利要求2所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，粉磨后的铝灰、电石渣和黄金尾矿的出磨细度为在0.08mm方孔筛的筛余为4％‑8％。

4.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，粉磨后的铝灰、电石渣和黄金尾矿的出磨细度使用200目的筛子筛余小于3wt.％。

5.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，煅烧温度为1340℃‑1390℃，煅烧时间为20‑60min。

6.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，均化后的生料中CaO占33‑35重量份，SiO2占5‑7重量份，Al2O3占52‑54重量份，Fe2O3占1‑2重量份，TiO2占1‑2重量份。

7.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在于，均化后的生料的铝硅比为8‑10，碱度系数为0.75‑0.89。

8.如权利要求1所述的利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，其特征在2

于，高温水泥熟料在粉磨机中磨细至比表面积380‑400m/kg。

9.权利要求1‑8任一项所述的方法制备的新矿物体系高温水泥。

10.如权利要求9所述的新矿物体系高温水泥，其特征在于，水泥熟料中以铝酸一钙、钙铝黄长石和二铝酸钙为主要矿物相，所占质量百分比分别为40‑60％，15‑38％和10‑20％。

说明书

一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体废弃物利用领域，具体涉及一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法。

背景技术

[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

[0003] 硬化水泥浆体在高温下分解、脱水是导致混凝土在火灾中发生强度损伤甚至破坏的重要原因。铝酸盐水泥最早则是法国拉法基公司利用熔融法生产，至今已过去90多年。这个原本用于抗硫酸盐侵蚀、抗海水侵蚀的水泥却因为它的水化物在烧结后表现的耐高温特性优秀，被用作胶凝材料来改善混凝土耐高温、抗火性能，同时，也被广泛用作钢铁、化工、水泥等工业高温窑炉的耐火材料。目前，随着不定型耐火材料的技术更新和发展，强度高、杂质含量低、高温性能优的铝酸盐水泥在冶金、建材等行业需求量日益增大。

[0004] 现有以铝酸盐水泥为主的高温水泥，其主要矿物组成为铝酸钙、硅铝酸钙等，原料主要为铝矾土和石灰石。

[0005] 但发明人发现：目前的铝酸盐水泥制备工艺存在以下问题：

[0006] 1.使用高品位铝矾土和石灰石制备铝酸盐水泥，其中，铝矾土资源稀少，尤其是用于制备铝酸盐水泥的高品位铝矾土更加有限，因此存在铝酸盐水泥的制备原料稀少，成本居高不下的问题。

[0007] 2.传统技术和工艺中利用铝灰替代部分高品位铝矾土制备铝酸盐水泥，铝灰的利用量有限，生产过程中还需要大量的高铝矾土和石灰石作为原料，不能明显改变传统工艺对天然矿产资源的依赖，且成本降低较小。

[0008] 3.目前铝酸盐水泥生产过程中使用大量的自然资源会导致碳排放高，同时传统的制备工艺中较高的煅烧温度会消耗大量的能源，不利于高温水泥行业的低碳发展。

发明内容

[0009] 为了解决上述问题，本发明提出了一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系的高温水泥的方法。

[0010] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

[0011] 本发明的第一个方面，提供了一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系高温水泥的方法，包括：

[0012] 将铝灰、电石渣和黄金尾矿分别烘干、粉磨，得到一定细度的铝灰、电石渣和黄金尾矿；

[0013] 将磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿混匀均化，控制生料碱度系数为0.75‑0.89，均化后的生料中CaO占33‑38重量份，SiO2占3‑8重量份，Al2O3占46‑58重量份，Fe2O3占0‑3重量份，TiO2占0‑3重量份，铝硅比为7‑18；

[0014] 将均化后的生料进行煅烧，得到水泥熟料；

[0015] 将得到的水泥熟料磨细，即得新矿物体系高温水泥。

[0016] 本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的新矿物体系高温水泥。

[0017] 本发明的有益效果在于：

[0018] (1)本发明制备的高温水泥矿物体系不同于传统的铝酸盐水泥矿物体系，打破传统理论和工艺对碱度系数和铝硅比的限制，降低生料中氧化铝的含量，熟料中矿物以铝酸一钙和钙铝黄长石为主的形式存在，同时，试验结果表明：该矿物体系下的高温水泥不仅具备了相应的强度，且具有很好的耐高温性，符合不同行业对高温水泥的性能要求。

[0019] (2)本发明采用全固废制备高温水泥，使用铝灰生产的高温水泥煅烧温度为1340℃～1390℃，低于传统铝酸盐水泥制备工艺，可以减少能源使用，降低生产成本，减少了二氧化碳的排放。

[0020] (3)本发明降低了生料中氧化铝的含量，采用铝灰完全替代高品位铝矾土；

[0021] (4)本发明中原料全部取自大宗工业固废；

[0022] (5)本发明的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

[0023] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0024] 图1为本发明实施例1中生产系统的工艺流程图；

[0025] 图2为本发明实施例1制备的水泥熟料的X射线衍射图谱。

具体实施方式

[0026] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0027] 一种利用铝灰和电石渣制备新矿物体系的高温水泥的方法，包括以下步骤：

[0028] 1.将铝灰、电石渣和黄金尾矿进行烘干，随后把烘干的固废放入球磨机分别粉磨，使其用200目的筛子筛余小于3wt.％；

[0029] 2.将磨细的铝灰、电石渣和黄金尾矿设定比例进行混合均化，生料碱度系数为0.75‑0.89，均化后的生料中CaO占33‑38重量份，SiO2占3‑8重量份，Al2O3占46‑58重量份，Fe2O3占0‑3重量份，TiO2占0‑3重量份，铝硅比为7‑18；

[0030] 3.将均化后的生料输送至回转窑中进行煅烧，煅烧温度为1340℃‑1390℃，煅烧时间为20‑60min，得到水泥熟料；

[0031] 4.将得到的水泥熟料在粉磨机中磨细至比表面积380‑400m2/kg。

[0032] 发明人发现，如果将铝灰作为高温水泥原料大量利用，通过控制碱度系数和铝硅比，所制备的高温水泥熟料矿物体系为铝酸一钙、钙铝黄长石和二铝酸钙。尽管普遍认为钙铝黄长石活性较低，但经过反复试验得出，该矿物体系下的高温水泥不仅具备了相应的强度，还具有很好的耐高温性，满足应用需求。

[0033] 发明人发现采用全固废制备的水泥生料进行煅烧时，煅烧的最佳温度为1340℃～1390℃，低于传统铝酸盐水泥的煅烧温度，有利于节能环保，同时还可以减少铝灰、电石渣等固废对环境的污染，实现资源的综合利用。

[0034] 在一些实施例中，均化后的生料中CaO占33‑35重量份，SiO2占5‑7重量份，Al2O3占52‑54重量份，Fe2O3占1‑2重量份，TiO2占1‑2重量份。

[0035] 在一些实施例中，均化后的生料的铝硅比为8‑10，碱度系数为0.75‑0.89。

[0036] 在一些实施例中，粉磨后的铝灰、电石渣和黄金尾矿的出磨细度为在0.08mm方孔筛的筛余为10％以内。

[0037] 筛余为一定质量的粉状物料在标准筛上筛分后留在筛上部分占粉状物料总质量的质量百分数，是粉状物料细度的表示方法。

[0038] 在一些实施例中，粉磨后的铝灰、电石渣和黄金尾矿的出磨细度为在0.08mm方孔筛的筛余为4％‑8％。

[0039] 在一些实施例中，所述均化为粉磨均化或在均化设备中进行均化处理。

[0040] 均化是通过采用一定的工艺措施，达到降低物料化学成分的波动振幅，使物料的化学成分均匀一致的过程。

[0041] 在一些实施例中，水泥熟料中以铝酸一钙、钙铝黄长石和二铝酸钙为主要矿物相，所占质量百分比分别为40‑60％，15‑38％和10‑20％。

[0042] 为了更好地满足工业化生产要求，本发明还提供了与上述制备新矿物体系高温水泥的方法配套的系统，包括烘干机、粉磨机、配料设备、均化设备和回转窑；

[0043] 烘干机用于对铝灰、电石渣和黄金尾矿进行烘干；

[0044] 烘干后的铝灰、电石渣和黄金尾矿进入粉磨机进行粉磨；

[0045] 按设定比例在粉磨机中加入铝灰、电石渣和黄金尾矿等物料进行均化处理，或者在配料设备中，铝灰、电石渣和黄金尾矿按设定比例进行混合，然后进入均化设备均化处理；

[0046] 均化处理后的水泥生料进入回转窑中煅烧，得到水泥熟料。

[0047] 下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

[0048] 以下实施例中，对铝灰、电石渣和黄金尾矿三种原料的产地、矿区并不作特别的限定，只需要基于各原料成分分析情况，控制混合后的钙硅铝铁钛比例即可。

[0049] 实施例1

[0050] 如图1所示，一种利用铝灰生产高温水泥的系统，包括烘干机、研磨机、均化设备，配料设备和回转窑；烘干机用于对铝灰、电石渣和黄金尾矿进行烘干；烘干后进入研磨机内粉磨；随后铝灰、电石渣和黄金尾矿按设定比例进行配比后进入均化系统进行均化；均化处理后的水泥生料进入回转窑中煅烧，得到水泥熟料。

[0051] 此处均化后的水泥生料的碱度系数为0.80，均化后的生料中CaO占35重量份，SiO2占8重量份，Al2O3占53重量份，Fe2O3占1重量份，TiO2占1重量份。之后将均化得到的物料输送至回转窑进行煅烧，煅烧温度为1390℃，煅烧时间为30min，得到水泥熟料，水泥熟料的主要矿物组成见表1。将水泥熟料放入水泥粉磨机粉磨，得到高温水泥，所得高温水泥的力学性能见表6。强度检验标准依据GBT201‑2015《铝酸盐水泥》进行。

[0052] 表1水泥熟料中的主要矿物组成(wt％)

[0053]

[0054] 实施例2

[0055] 首先对所有原料进行烘干处理，然后将铝灰、电石渣和黄金尾矿等物料按一定比例混合后加入粉磨机粉磨均化，均化后的水泥生料的碱度系数为0.89，均化后的生料中CaO占36重量份，SiO2占7重量份，Al2O3占51重量份，Fe2O3占3重量份，TiO2占3重量份。之后将均化得到的物料输送至回转窑进行煅烧，煅烧温度为1340℃，煅烧时间为25min，得到水泥熟料，水泥熟料的主要矿物组成见表2。将水泥熟料放入水泥粉磨机粉磨，得到高温水泥，所得高温水泥的力学性能见表6。强度检验标准依据GBT201‑2015《铝酸盐水泥》进行。

[0056] 表2水泥熟料中的主要矿物组成(wt％)

[0057]

[0058]

[0059] 对比例1

[0060] 与实施例1的区别为：均化后的生料中CaO占37重量份，SiO2占10重量份，Al2O3占51重量份，Fe2O3占1重量份，TiO2占1重量份。其他都与实施例1相同，制备的水泥熟料中的主要矿物组成见表4，制备的高温水泥的性能见表6。

[0061] 表3水泥熟料中的主要矿物组成(wt％)

[0062]

[0063] 对比例2

[0064] 与实施例1的区别为：均化后的生料中CaO占33重量份，SiO2占5重量份，Al2O3占59重量份，Fe2O3占1重量份，TiO2占2重量份。其他都与实施例1相同，制备的水泥熟料中的主要矿物组成见表4，制备的高温水泥的性能见表6。

[0065] 表4水泥熟料中的主要矿物组成(wt％)

[0066]

[0067] 对比例3

[0068] 与实施例1的区别为：采用的原料为铝矾土和石灰石，均化后的生料中CaO占34重量份，SiO2占5重量份，Al2O3占55重量份，Fe2O3占2重量份，TiO2占2重量份，煅烧的温度为1450℃，其他都与实施例1相同，制备的水泥熟料中的主要矿物组成见表5，制备的铝酸盐水泥的性能见表6。

[0069] 表5水泥熟料中的主要矿物组成(wt％)

[0070]

[0071] 表6

[0072]

[0073] 表7实施例1水泥高温循环后强度参数

[0074]

[0075]

[0076] 其中，将高温水泥制备成砂浆块后放入高温炉中，以1℃/min升温速率升温至600/800℃，随后保温两小时，再以1℃/min降温至200℃，称为一个高温循环，最后降温至室温测量其强度。

[0077] 最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。