專利名稱：：波特蘭水泥熟料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及波特蘭水泥熟料，其應(yīng)用和波特蘭水泥。波特蘭水泥通常由波特蘭水泥熟料和硫酸鹽載體組成，其中硫酸鹽載體一般是石膏。波特蘭水泥熟料由主要含有一定比例的氧化鈣(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鐵(Fe2O3)的原料混合物制成。通過加熱該混合物直至燒結(jié)而由它們生成新化合物，即所謂的熟料相。它們的典型數(shù)量可為如下所示，以重量百分比表示-C3S(3CaO×SiO2)40至80-C2S(2CaO×SiO2)＜30-C4AF(4CaO×Al2O3×Fe2O3)4至15-C3A(3CaO×Al2O3)7至15主要由于熟料相C3S之故，水泥與水混合、固化后具有強(qiáng)度。制備水泥熟料需要相當(dāng)大的能量消耗。能量消耗一部分包括燃燒中的熱量損失(尤其是通過輻射、廢氣體損失和從加熱爐端部卸出的熱熟料損失熱量)。另一部分能量消耗于吸熱反應(yīng)中，特別是碳酸鈣(主要的CaO載體)分解成CaO之中。因此，人們努力降低能量成本。首先，此目的可通過這樣的方法最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)，即降低富含CaO熟料相(C3A，C3S)的比例，并相應(yīng)增加含更少CaO(C2S，C4AF)相的比例，這種作法看起來是合乎邏輯的。然而，其缺點(diǎn)是這樣制得的水泥在強(qiáng)度的增加上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如常見的波特蘭水泥，這是因?yàn)镃2S，C4AF的水合作用比C3S和C3A的水合作用慢得多。為此，試圖用C4A3S(其中S表示SO3)代替熟料相C3S，因?yàn)镃4A3S水合作用較快。在這種情況下，有必要往原料混合物中單獨(dú)加入硫酸鹽載體，其中硫酸鹽(以SO3表示)最大部分鍵合到C4A3S相中。這種已知水泥(熟料)的缺點(diǎn)是，在燃燒過程中根本不生成C3S，因?yàn)榱蛩猁}(SO3)的存在妨礙或阻止C3S的生成?！癦ement-Kalk-Gips，4/1990，p.199”中，已說明C3S(阿里特水泥)的含量隨熟料中SO3含量的增加而減少。此外，在生成C4A3S所需的1250至1300℃那樣低的燃燒溫度下，在生成C4A3S所需的高含量(3-10％重量)SO3的存在下，無C3S生成。升高溫度是不可能的，因?yàn)檫@樣C4A3S變得不穩(wěn)定，而且不再能生成。DE4204227Cl描述了SO3含量為3-8％(重量)的波特蘭水泥熟料。除了C4A3S之外，它還含有30-80％(重量)的C3S。該熟料的合成通過向原料混合物中加入含F(xiàn)-的添加劑實(shí)現(xiàn)。研磨熟料除需熱能之外還需電能。本發(fā)明的目的是提供波特蘭水泥，較之常規(guī)波特蘭水泥，其熟料可在更低的燃燒溫度制備，并可用更低的能量消耗研磨，其中由此生成的波特蘭水泥與水混合后表現(xiàn)出至少與普通波特蘭水泥相等的強(qiáng)度增加。令人驚奇的是，發(fā)現(xiàn)這種波特蘭水泥熟料可用含40至80％(重量)的C3S制備，并可在1250至1350℃的低溫度燃燒，如果含SO3的添加劑混入原料混合物中，其中熟料中SO3的含量大于1.0％小于3.0％(重量)。不必加入可加速燃燒過程的含氟的添加劑(例如CaF2或ZnO)。當(dāng)然也可加入。為此，需遵照權(quán)利要求1所提出的特征。故而，有以下優(yōu)點(diǎn)通過降低燃燒溫度，熟料生產(chǎn)中的能量消耗減少。該熟料較在更高溫度下燃燒的熟料具有更高的游離石灰值，但對(duì)于本發(fā)明的熟料(水泥)而言，CaO含量即使最高達(dá)5.0％(重量)也不會(huì)導(dǎo)致在凝固過程中出現(xiàn)缺陷或強(qiáng)度損失。顯而易見，這與在低溫下生成的CaO反應(yīng)活性增加有關(guān)。CaO在凝固過程之前反應(yīng)生成Ca(OH)2，因而無害。人們發(fā)現(xiàn)在相同的石灰標(biāo)準(zhǔn)(Kalkstandard)和相同的研磨細(xì)度時(shí)，熟料(水泥)相對(duì)于普通的波特蘭水泥具有更大的初始強(qiáng)度。生成熟料相所必需的氧化鈣部分通過加入硫酸鹽載體，例如硬石膏(CaSO4)而代替碳酸鈣。由此在相同的石灰標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，而能量消耗進(jìn)一步降低。一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是熟料的(總的)孔隙度高，這導(dǎo)致簡(jiǎn)便、節(jié)能、因而廉價(jià)的研磨。通常高于8.0％(體積)。強(qiáng)度增加比普通的波特蘭水泥高。水泥中總的SO3含量應(yīng)在2至4％(重量)之間。優(yōu)選具有以下熟料相比例的水泥熟料，以％(重量計(jì))-C3S～70(65～75)-C2S～10(7～13)-C4AF～10(7～13)-C3A～10(7～13)熟料中SO3優(yōu)選的含量可為熟料的1.5至2.5％(重量)。必需的含SO3的組分優(yōu)選以硫酸鈣載體的形式加入。該載體可由石膏或無水石膏組成。但也可能使用含亞硫酸鹽和/或硫酸鹽的工業(yè)殘余物，象硫化床燃燒的灰分和/或煙道氣脫硫作用的穩(wěn)定劑(Stabilisate)。通過加入含亞硫酸鹽的產(chǎn)物，導(dǎo)致進(jìn)一步節(jié)省燃料，因?yàn)閬喠蛩猁}氧化成硫酸鹽的過程是放熱過程。相應(yīng)的硫酸鈣載體也可分別用于由上述熟料制備波特蘭水泥成品。為了優(yōu)化凝固反應(yīng)，一個(gè)有利的實(shí)施方案建議將熟料研磨成比表面積為2500至4000cm2/g(按照Blaine)，其中研磨可用很低的能耗和更短的研磨時(shí)間實(shí)現(xiàn)，這是由于熟料的高孔隙度。已指出更低的燃料消耗隨著本發(fā)明熟料的生成而成為可能。實(shí)驗(yàn)表明能量消耗降低最高達(dá)10％。而且由于燃燒溫度更低，爐(回轉(zhuǎn)爐)內(nèi)襯磨損很少。這還對(duì)價(jià)格產(chǎn)生有利的影響。最后，在燃燒熟料過程中，很少生成熔融相(也由于燃燒溫度低)，這導(dǎo)致產(chǎn)生所述的高孔隙度熟料。改進(jìn)了的可研磨性導(dǎo)致在研磨中節(jié)省能量，最高可達(dá)50％。通過降低燃燒溫度，同樣減少了有害排放，例如CO2和NOx的排放。含硫的工業(yè)殘余物，象流化床燃燒產(chǎn)生的灰分也可用作生料的組分。下面通過各種實(shí)施方案更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。樣品1描述一種磺基二鈣硅酸鹽(sulphobelitic)水泥，它不含C3S而C4A3S的比例為20％(重量)。樣品2描述一種本發(fā)明的水泥，其中沒有C4A3S。樣品3關(guān)于DE4204227Cl的一種水泥。熟料相的比例，熟料中SO3的含量、選定的燃燒溫度和水泥中SO3的總含量，以及1、3、7、28和365天后的抗壓強(qiáng)度值均列于下表。結(jié)果，本發(fā)明的樣品具有明顯改進(jìn)的初始強(qiáng)度，而且進(jìn)一步的強(qiáng)度增加也部分顯著高于對(duì)比樣品1的強(qiáng)度增加。為了明顯展現(xiàn)本發(fā)明波特蘭水泥取得的優(yōu)點(diǎn)，以一種在1480℃燃燒的普通波特蘭水泥作為樣品4。與已知的波特蘭水泥相比，改進(jìn)的強(qiáng)度增加產(chǎn)生了以下優(yōu)點(diǎn)--在相同的石灰標(biāo)準(zhǔn)和研磨細(xì)度條件下，制備更高價(jià)值的水泥。--研磨至在相同強(qiáng)度增加作用情況下，研磨至更小的比表面積。--制備具有良好的強(qiáng)度增加作用或更高的研磨添加劑含量的摻合水泥。<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="1309">熟料相(％重量)熟料中SO3含量(％重量)燃燒溫度總SO3含量(％重量)抗壓強(qiáng)度(N/mm2)序號(hào)C3SC2SC3AC4A3SC4AF1天3天7天28天365天1060020207.5120014.521.027.029.032.577.52800100102.912803.947.259.067.073.789.93400030305.9112501636.037.043.546.549.04800100100.01480221.549.772.581.585.0</table></tables>1)向這些樣品的原料混合物中加入0.5％(重量)的CaF2。權(quán)利要求1.波特蘭水泥熟料，具有以下熟料相(重量％)比例-C3S40至80-C4AF＜20-C2S＜30-C3A＜20SO3的含量為熟料的1.0至3.0％(重量)，通過在加入含SO3的添加劑的情況下于1200至1350℃溫度燃燒含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料混合物而獲得。2.根據(jù)權(quán)利要求1的波特蘭水泥熟料，其中SO3含量為熟料的1.5至2.5％(重量)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的波特蘭水泥熟料，其中以硫酸鈣載體的形式加入含SO3的添加劑。4.根據(jù)權(quán)利要求3的波特蘭水泥熟料，其中含SO3的添加劑以石膏、無水石膏和/或工業(yè)殘余物的形式加入，工業(yè)殘余物諸如象硫化床燃燒的灰分和/或煙道氣脫硫作用的穩(wěn)定劑(Stabilisate)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的波特蘭水泥，它不合C4A3S。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料，其中熟料相中C2S和C3A比例總和小于5％(重量)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料，其中游離CaO的含量為0.5至5.0％(重量)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料，其中總開孔率為大于8％(體積)。9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料用作波特蘭水泥的應(yīng)用。10.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料在分別或混合加入粒狀高爐渣、火山灰或其它適用水硬材料后制備混合水泥的應(yīng)用，其它適用水硬材料例如流化床燃燒系統(tǒng)的灰分或煙道氣脫硫作用的穩(wěn)定劑(Stabilisate)。11.由權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的波特蘭水泥熟料和最高達(dá)2％(重量)的石膏和無水石膏形式的SO3獲得的波特蘭水泥，它在共同研磨后，根據(jù)Blaine計(jì)算的比表面積為2,500至4,000cm2/g全文摘要本發(fā)明涉及波特蘭水泥熟料,其應(yīng)用和波特蘭水泥。文檔編號(hào)C04B7/04GK1173165SQ95197415公開日1998年2月11日申請(qǐng)日期1995年11月17日優(yōu)先權(quán)日1994年11月23日發(fā)明者艾萬·奧德勒申請(qǐng)人:艾萬·奧德勒