一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料的方法。在不添加螢石的條件下，利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多元體系制備阿利特-硫鋁酸鹽水泥熟料，由以下步驟獲得：(1)堿度系數(shù)[(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)]為1.42，鋁硫比Al2O3/SO3為1.73；(2)石灰石75～80％，砂巖5～7％，粉煤灰1～2％，低品位鋁礬土6～10％，石膏5～8％混合均勻，壓片，放入高溫爐進(jìn)行燒制；(3)在低溫爐950℃下保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450℃的高溫爐內(nèi)，保溫40min，隨爐降溫至1300℃，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，得到C3S和共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多元體系水泥熟料，具有早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度無倒縮的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O 3-SO3多元體系燒制阿利特-硫鋁酸鹽 水泥熟料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水泥工業(yè)是能源、資源消耗密集型工業(yè)，是礦石需求量、CO2排放較大的重點(diǎn)行業(yè) 之一，隨著環(huán)境問題的日益突出，我國高度重視節(jié)能減排工作，而降低水泥生產(chǎn)過程中的能 量消耗，減少二氧化碳排放，對于節(jié)能減排具有重要意義。減排主要體現(xiàn)在降低CaCO 3用量， 節(jié)能主要是指降低熟料煅燒溫度，減少礦石用量，利用工業(yè)廢渣代替自然資源。而在保證節(jié) 能減排的前提下，如何制備出性能好的水泥也是水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色建材所要考慮的問題之 〇
[0003] 在多元體系中，前人已經(jīng)制備了多種高性能水泥，如貝利特-硫鋁酸鹽水泥。但是 利用CaO-SiO 2-Al2O3-Fe2O3-SO 3五元體系制備阿利特-硫鋁酸鹽水泥方面其相關(guān)研究較少， 這是由于很難實(shí)現(xiàn)C3S相和C 4AiS相共存。阿利特-硫鋁酸鹽水泥將普通硅酸鹽水泥和硫 鋁酸鹽水泥相結(jié)合，同時(shí)含有C 3S相和C4AiI相，它不僅解決了普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度 偏低，燒成溫度較高的問題，同時(shí)也克服了硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度增進(jìn)率低，甚至倒縮等缺 點(diǎn)；由于C 3S相在1400°C開始大量形成，而C4AiS相在1200?1300°C形成，超過1350°C時(shí) 開始分解，為了實(shí)現(xiàn)二者共存，在現(xiàn)有的技術(shù)中，通常采用添加助熔劑和礦化劑的方法來降 低C 3S相的形成溫度，如通過添加螢石來實(shí)現(xiàn)C3S相和C4AiS相共存。
[0004] 螢石作為一種礦化劑，能夠降低爐料的燒結(jié)溫度，但是螢石硬度較低，且性脆，使 得摻入螢石的混凝土其硬度和韌性都有所下降；同時(shí)螢石的摻入增加了 HF等諸多毒性氟 化物的產(chǎn)生，這對環(huán)境造成了很大的危害，因此在不添加螢石的條件下研制出性能不變的 阿利特-硫鋁酸鹽水泥是非常有意義的。本發(fā)明是在不添加CaF 2的條件下通過先升溫形 成C3S相然后降溫重新形成C4Aj湘，實(shí)現(xiàn)C 3S相和C4.\:S相的共存，這對水泥行業(yè)環(huán)境友 好的目的做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)在現(xiàn)有技術(shù)中也是少之又少的。
[0005] 前人對阿利特-硫鋁酸鹽水泥形成過程的動(dòng)力學(xué)研究中采用先將溫度升高至 1450°C，然后使其降至低溫，從低溫繼續(xù)加熱至C 4Aj;相形成的方案，該方案在制備過程 中耗費(fèi)了大量的能源，不符合水泥行業(yè)節(jié)能減排的要求，因此本發(fā)明基于該動(dòng)力學(xué)研究的 基礎(chǔ)，在溫度升高至1450°C后直接降溫至1300°C，保溫40min得到阿利特-硫鋁酸鹽水 泥。因此該發(fā)明在不采用螢石，降低節(jié)省能源方面具有重要意義，同時(shí)該結(jié)果對于利用 CaO-SiO 2-Al2O3-Fe2O3-SO 3多元體系制備阿利特-硫鋁酸鹽水泥有著很大的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe 2O3-SO3多兀體系在不添加螢石的條件下制備阿利 特-硫鋁酸鹽水泥，主要通過對原料配比，燒制方案的改變來實(shí)現(xiàn)。該制備方案采用先升溫 后降溫的方案成功制備出目標(biāo)產(chǎn)物，同時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物中游離氧化鈣較低，這對水泥熟料后期 的安定性具有良好的影響。
[0007] 本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明利用石灰石，砂巖，粉煤灰，低品位鋁礬土，以及石膏作為實(shí)驗(yàn)原材料，對 其進(jìn)行粉磨，至粒徑小于〇· 〇8mm ;按照堿度系數(shù)[(Ca0+Mg0V(Si02+Al203)](質(zhì)量比）為 1. 42,錯(cuò)硫比（質(zhì)量比）A1203/S03為1. 73進(jìn)行配料,實(shí)驗(yàn)原材料的含量按重量計(jì),包括：
[0009] 石灰石75?80%,
[0010] 砂巖 5 ?7%,
[0011] 粉煤灰1?2%，
[0012] 低品位鋁礬土 6?10%，其中Al2O3質(zhì)量百分比為42. 2?46. 5%
[0013] 石膏 5 ?7%。
[0014] 在該技術(shù)方案中，按如下步驟進(jìn)行燒制：
[0015] 第一步：將石灰石、砂巖、粉煤灰、低品位鋁礬土和石膏按照既定配比混合均勻，備 用；
[0016] 第二步：將配好的生料加入生料總質(zhì)量10%的蒸餾水拌合均勻，然后稱取5g的料 倒入壓片機(jī)中壓制成小試餅，備試燒所用；
[0017] 第三步：將壓制好的小試餅在950°C的低溫爐保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450°C的高溫 爐內(nèi)，保溫40min，隨爐降溫至1300°C，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，得到C 3S 和共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O 3-SO3多元體系水泥孰料；
[0018] 基本原理：
[0019] C3S相和C4AiS相共存原理：在無助熔劑和礦化劑的條件下,C 4AiS的形成溫度 一般為1200?1300°C，當(dāng)超過1350°C時(shí)，C4A5S開始發(fā)生分解，高于1400°C時(shí)快速分解， 而C3S則是在1400°C才大量形成。通過對阿利特-硫鋁酸鹽水泥形成過程的動(dòng)力學(xué)研究， 發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，C 4 相分解，但在降溫時(shí)候又會(huì)重新形成該相。因此為了實(shí)現(xiàn)C3S相 和€4.4共存，我們采用先升溫至1450°C，形成C3S相，然后隨爐降溫至1300°C，重新形成 C4 AfS:相。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1 :將78 %的石灰石，6 %的砂巖，L 5 %的粉煤灰，8. 5 %的低品位鋁礬土 (Al2O3質(zhì)量百分比為45. 9% )，以及6%的石膏混合均勻；加入生料質(zhì)量10%的蒸餾水拌合 均勻，制成小試餅烘干后在950°C的低溫爐保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450°C的高溫爐內(nèi)，保溫 40min，隨爐降溫至1300°C，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，在不添加螢石的條 件下，得到C 3S和C4AiS共存的CaO-SiO2-Al2O 3-Fe2O3-SO3多元體系水泥熟料。測其3d抗壓 強(qiáng)度為53. 8MPa，7d抗壓強(qiáng)度為57. 9MPa，28天抗壓強(qiáng)度為73. 6MPa，因此熟料達(dá)到了早期強(qiáng) 度高，后期強(qiáng)度無倒縮的效果。
[0021] 實(shí)施例2 :將75%的石灰石，7%的砂巖，2%的粉煤灰，10%的低品位鋁礬土（Al2O3 質(zhì)量百分比為42. 2 % )，以及6%的石膏混合均勻；并加入生料質(zhì)量10%的蒸餾水拌合均 勻，制成小試餅烘干后在950°C的低溫爐保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450°C的高溫爐內(nèi)，保溫 40min，隨爐降溫至1300°C，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，在不添加螢石的條 件下，得到C3S和C4A_:§共存的CaO-SiO2-Al 2O3-Fe2O3-SO3多元體系水泥熟料。其中C 3S的 含量較實(shí)例1有所下降，C4A_:5的含量則有所上升。測其3d抗壓強(qiáng)度為52. 3MPa，7d抗壓 強(qiáng)度為58. 5MPa，28天抗壓強(qiáng)度為71. 3MPa，其熟料達(dá)到了早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度無倒縮的 效果。
[0022] 實(shí)施例3 :將80%的石灰石，5%的砂巖，1%的粉煤灰，7%的低品位鋁礬土（Al2O3 質(zhì)量百分比為46. 5 % )，以及7%的石膏混合均勻；并加入生料質(zhì)量10%的蒸餾水拌合均 勻，制成小試餅烘干后在950°C的低溫爐保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450°C的高溫爐內(nèi)，保溫 40min，隨爐降溫至1300°C，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，在不添加螢石的條 件下，得到C3S和C4AiS共存的CaO-SiO2-Al 2O3-Fe2O3-SO3多元體系水泥熟料。其中C 3S的 含量較實(shí)例2有所下降，C4A j的含量則有所上升。測其3d抗壓強(qiáng)度為55. 7MPa，7d抗壓 強(qiáng)度為60. 2MPa，28天抗壓強(qiáng)度為75. 4MPa，其熟料達(dá)到了早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度無倒縮的 效果。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料，其特征在于：其生料含量按重量 計(jì)，包括： 石灰石75?80%， 砂巖5?7%， 粉煤灰1?2%， 錯(cuò)研!土 6?10% 石膏5?7%。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料，其特征在 于：錯(cuò)礬土中Al2O3質(zhì)量百分比為42. 2?46. 5%。
3. 制備如權(quán)利要求1所述的一種利用五元礦物相體系制備硫鋁酸鹽水泥熟料的方法， 包括如下步驟： 第一步：將石灰石、砂巖、粉煤灰、鋁礬土和石膏按所述配比混合均勻，備用； 第二步：將配好的生料加入生料質(zhì)量10%的蒸餾水拌合均勻，然后稱取5g的料倒入壓 片機(jī)中壓制成小試餅，備試燒所用； 第三步：將壓制好的小試餅在950°C的低溫爐保溫30min，直接轉(zhuǎn)至1450°C的高溫爐 內(nèi)，保溫40min，隨爐降溫至1300°C，保溫40min，拿出后在30min內(nèi)冷卻至室溫，得到C3S和 [4-\:5共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多兀體系水泥熟料。
【文檔編號(hào)】C04B7/32GK104310820SQ201410532393
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】王亞麗, 王瑞蘊(yùn), 崔素萍, 王楠, 劉玲玲, 劉鵬飛, 楊松格, 王慢麗, 肖慶豐 申請人:北京工業(yè)大學(xué)