專利名稱：一種制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域的水泥材料，特別涉及一種制備快硬早強(qiáng)貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)鋁土礦資源較為豐富，但絕大部分屬于一水硬鋁石型，80%以上的鋁土礦鋁硅比在5 8之間，不能采用國(guó)外常用的拜爾法工藝生產(chǎn)氧化鋁。根據(jù)我國(guó)氧化鋁礦質(zhì)資源的實(shí)際情況，合理地利用中低品位礦石資源，我國(guó)科技工作者提出了“選礦一拜爾法生產(chǎn)氧化鋁”新工藝路線，并在中國(guó)各鋁業(yè)公司逐步推廣，成為目前我國(guó)氧化鋁行業(yè)最主要的生產(chǎn)工藝。采用這種新的生產(chǎn)工藝，需要對(duì)我國(guó)普遍處于中低品位的鋁土礦進(jìn)行選礦，一個(gè)年產(chǎn) 50萬(wàn)噸精礦的選礦廠要產(chǎn)出近13萬(wàn)噸的選礦尾礦，因此產(chǎn)生了大量的選礦尾礦廢渣。一方面，這些選礦尾礦堆存會(huì)帶來(lái)污染環(huán)境、占?jí)和恋氐纫幌盗袉?wèn)題；另一方面，鋁土礦選礦尾礦中還含有大量有用資源，氧化鋁含量較高，是一種具有很大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的二次資源。對(duì)這些選礦尾礦進(jìn)行有效的資源化開(kāi)發(fā)利用，不僅能夠大大減輕它們對(duì)環(huán)境的污染，更重要的是通過(guò)進(jìn)一步發(fā)掘這些可用資源的使用價(jià)值，從而能夠最大限度地使用資源，節(jié)約資源， 符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要。
貝利特硫鋁酸鹽水泥，由于同時(shí)具有低能耗、低碳排放、高性能的優(yōu)點(diǎn)，成為目前國(guó)際水泥界研究的熱點(diǎn)，近年來(lái)取得了顯著的研究成果。美國(guó)的梅塔(Mehta)教授曾經(jīng)研究開(kāi)發(fā)了組成為45%的C2S、20%的Γ4』3 、15%的C4AF (鐵鋁酸四鈣)、20%的沒(méi)(無(wú)水石膏)的水泥，也獲得了專利，這種水泥在試驗(yàn)中獲得了良好的性能。國(guó)際知名的水泥生產(chǎn)商拉法基公司(lafarge)，近年來(lái)也對(duì)貝利特硫鋁酸鹽水泥也進(jìn)行了大量研究，申請(qǐng)了以 5-25% C2AF,15-35%C4^35 . 40-75% C2S為主要組成的高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的專利，為了確保水泥的性能，他們?cè)谑炝响褵龝r(shí)加入一些微量元素作為添加劑，使得部分C2S 以 形態(tài)存在。中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司天津分公司，通過(guò)大量的試驗(yàn)室、半工業(yè)化和工業(yè)化研究，最近研究成功了以高鋁粉煤灰為主要鋁質(zhì)材料的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥，申請(qǐng)了礦物組成為25-30%的β型C2S、25-30%的 型C2S、28-40%的nd ,4-12% 的C4AF的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料專利。通過(guò)特殊的礦物組成設(shè)計(jì)和匹配，獲得了性能接近并優(yōu)于普通硅酸鹽水泥的優(yōu)質(zhì)熟料，可以在很大范圍內(nèi)替代硅酸鹽水泥的使用領(lǐng)域。貝利特硫鋁酸鹽水泥的成功開(kāi)發(fā)，對(duì)于水泥工業(yè)的節(jié)能降耗、低碳生產(chǎn)，不僅帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)，而且必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。除了低能耗、低碳排放等方面的優(yōu)勢(shì)，貝利特硫鋁酸鹽水泥的另一重要優(yōu)勢(shì)就是能夠大量地消納各種工業(yè)廢渣，鋁土礦選礦尾礦富含的氧化鋁，使其能夠用作貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的鋁制原料，對(duì)于發(fā)展貝利特硫鋁酸鹽水泥，拓展其原料適用范圍都具有重要作用。
無(wú)論是從鋁土礦尾礦的資源化利用開(kāi)發(fā)方面，還是從貝利特硫鋁酸鹽水泥產(chǎn)品品種的進(jìn)一步豐富和完善方面，利用鋁土礦選礦尾礦煅燒快硬早強(qiáng)貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，都具有積極的發(fā)展意義。隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的大量工業(yè)廢渣被擱置或者堆存，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，也造成資源的浪費(fèi)，利用這些工業(yè)廢渣制備新型水泥材料的潛力很大，意義深遠(yuǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過(guò)優(yōu)化水泥熟料的礦物組成和匹配，控制和降低鋁土礦選礦尾礦中鉀、鈉等有害元素的影響，提供一種具有快硬和早強(qiáng)特性，且后期強(qiáng)度能夠達(dá)到 52. 5等級(jí)普通硅酸鹽水泥水平的貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法。
本發(fā)明采用技術(shù)方案是一種制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法，使用22-26%的鋁土礦選礦尾礦，10-12%的普通粉煤灰，50-54%的石灰石，12-14%的石膏，按照常規(guī)方法制成生料，在1350±20°C的溫度下燒制成一種貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料。這種熟料由于高含量的鐵相共熔物(C4AF)以及適宜含量的鉀、鈉微量元素，產(chǎn)生快硬早強(qiáng)的特性，凝結(jié)時(shí)間小于5分鐘，6小時(shí)強(qiáng)度可大于30MPa。熟料礦物組成主要為50_52%的C2S ;28_30%的: 16% -18%的C4AF，以及少量的非晶相物質(zhì)。
本發(fā)明提出的制備方法，包括以下具體步驟
I)按照以下重量百分比稱取原料22_26%的鋁土礦選礦尾礦，10-12%的普通粉煤灰，50-54%的石灰石，12-14%的石骨石灰石。
2)生料制備將按照預(yù)定配比的原料混合均勻、烘干，在粉磨設(shè)備中磨細(xì)至80 μ m 篩的篩余為8-12% (重量百分比)，得到生料粉。
3)煅燒將得到的生料粉，在1330-1370°c的溫度范圍內(nèi)，在保證煅燒環(huán)境始終處于氧化氣氛下，恒溫煅燒40-60分鐘，直至所有礦物都能夠完全形成，制得熟料。
本發(fā)明使用的鋁土礦選尾礦中，氧化鐵含量以及鉀、鈉等微量元素的含量都比其它含鋁材料高，充分、合理地利用這一特點(diǎn)，使得制得的水泥熟料具有快硬早強(qiáng)的特點(diǎn)。高的氧化鐵含量，使得熟料礦物中能夠形成較多數(shù)量的鐵相共熔體(C4AF)，這種礦物水化速度較快，早期強(qiáng)度較高。而鉀、鈉等微量元素的影響則比較復(fù)雜。這些元素在熟料中含量過(guò)高，容易造成水泥熟料性能劣化，強(qiáng)度偏低甚至產(chǎn)生倒縮現(xiàn)象。為降低鋁土礦選礦尾礦中鉀、鈉等元素產(chǎn)生不利影響的程度，配料時(shí)采用普通粉煤灰部分取代鋁土礦選礦尾礦的措施，控制二者達(dá)到適宜的比例，就能夠?qū)⑹炝现锈洝⑩c等元素的不利影響降低到最小的程度。保持熟料中適宜含量的鉀、鈉元素，使其共融在一些熟料礦物中，反而有助于提高熟料礦物的水化活性，對(duì)于熟料產(chǎn)生快硬早強(qiáng)的特性具有重要作用。通過(guò)對(duì)熟料礦物的組合優(yōu)化，以及煅燒條件的不斷完善，最終獲得的熟料，凝結(jié)時(shí)間小于5分鐘，6小時(shí)強(qiáng)度大于 30MPa，后期強(qiáng)度也能夠達(dá)到55MPa左右，相當(dāng)于52. 5等級(jí)普通硅酸鹽水泥的水平。
本發(fā)明的有益效果是利用鋁廠排出的一種工業(yè)廢渣_鋁土礦選礦尾礦，輔助于其它材料，制成了一種具有優(yōu)良性能的水泥熟料，該水泥熟料具有快硬早強(qiáng)的特性，同時(shí)具有足夠高的后期強(qiáng)度保障。這種水泥在快速施工、搶修搶建等特殊工程中，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明不僅能夠徹底解決鋁廠排出的鋁土礦選礦尾礦的資源化利用問(wèn)題，大量和徹底消納這種工業(yè)廢洛，還制成了一種具有低能耗、低二氧化碳排放的新型水泥熟料。這種新型水泥的發(fā)展對(duì)于水泥工業(yè)的節(jié)能降耗，低碳生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)方面都具有積極的意義。 因此，本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，應(yīng)用前景廣闊。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法。首先，將重量百分比為 50-54%的石灰石，22-26 %的鋁土礦選礦尾礦，10-12 %的普通粉煤灰，12-14%的石膏，分別破碎、混干后按照預(yù)定比例混合均勻，在磨機(jī)中磨細(xì)至80 μ m方孔篩的篩余為8-12%， 得到水泥生料。將生料粉加入1%的自來(lái)水，攪拌均勻放入內(nèi)徑為8cm，深2cm的圓形磨具中，利用小型壓力機(jī)壓制成料餅，烘干后放入試驗(yàn)電爐中在1330-1370°C的溫度下煅燒 50-60分鐘?；蛘咧苯訉⑸戏畚谷氚牍I(yè)化窯中，控制生料在窯內(nèi)的流速，使得物料在 1330-13700C的高溫帶停留40-50分鐘，同時(shí)確保窯內(nèi)有足夠的通風(fēng)量和氧化氣氛，避免石膏在窯內(nèi)的分解造成硫元素的流失。煅燒后得到的熟料礦物組成為28-30%的C2S， 28-30%的Γ4/〗3$ , 16-18%的C4AF，以及少量的非晶相物質(zhì)。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例I :
I)原料的選擇
使用了具有如下(見(jiàn)表I)四種化學(xué)成分的原料。
表I四種原料的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法，其特征在于，使用22-26%的鋁土礦選礦尾礦， 10-12%的粉煤灰，50-54%的石灰石，12-14%的石膏，制成生料，在1350土20°C的溫度下燒制成初凝時(shí)間小于5分鐘，6小時(shí)強(qiáng)度大于30MPa的快硬早強(qiáng)貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法，其特征在于，所述水泥熟料的礦物組成為50. 2-52. I % 的 C2S ；27. 9-29. 9 % 的 C4A3S ；16. I % -18. 2 % 的 C4AF ；I.8-3. 8%的非晶相物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法，其特征在于，所述鋁土礦選礦尾礦中Al2O3的含量彡40%, Fe2O3 ^ 10% ;粉煤灰中Al2O3的含量彡30%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備快硬早強(qiáng)水泥熟料的方法，使用石灰石、鋁土礦選礦尾礦、普通粉煤灰和石膏為原料，在1350±20℃的溫度下煅燒成一種快硬早強(qiáng)的貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，該熟料具有如下重量百分比的礦物組成50-52％的C2S；28-30％的C4A3S；16％-18％的C4AF，以及少量的非晶相物質(zhì)。本發(fā)明采用的鋁質(zhì)原料，絕大部分使用了一種由鋁廠排出的工業(yè)廢渣-鋁土礦選礦尾礦，獲得的水泥熟料初凝時(shí)間小于5分鐘，6小時(shí)強(qiáng)度可達(dá)30MPa以上，同時(shí)熟料的28d強(qiáng)度也能夠達(dá)到55MPa左右。
文檔編號(hào)C04B7/36GK102936104SQ20121042469
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者姚丕強(qiáng), 俞為民, 單丹, 吳秋生, 韓輝, 彭學(xué)平 申請(qǐng)人:天津中材工程研究中心有限公司, 中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司天津分公司