本發(fā)明屬于材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種一次低溫?zé)韶惱?硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料的制備方法及其制品。
背景技術(shù)：
：當(dāng)今世界正在飛速發(fā)展，人們在物質(zhì)生活得以改善的同時，越來越關(guān)心我們賴以生存的地球，作為用量最大的建筑材料——水泥，對人類社會進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用的同時，也產(chǎn)生了高的能源與資源消耗及溫室氣體排放，通常普通波特蘭水泥，氧化鈣含量約為66％，在熟料中占50～70％的阿利特礦物，即硅酸三鈣的形成溫度約1450℃。該礦物含氧化鈣達(dá)73.7％，caco3分解耗能占熟料理論熱耗的46％左右，導(dǎo)致通用硅酸鹽水泥熟料燒成的能耗高；貝利特礦物，即硅酸二鈣，溫度高于1250℃下即可快速形成，故可在較低的窯爐溫度下形成，此外，貝利特含cao為65.1％，低于阿利特中73.7％的cao含量，則所需石灰石量減少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相應(yīng)降低，早期水化速率低；無水硫鋁酸鹽礦物(3cao·3sio2·caso4)，組成中cao含量低(36.8％)和形成溫度低(1300℃)，而與c2s—樣具有節(jié)能和低co2排放的特點，且該礦物具有提高早強的特點，由于晶體結(jié)構(gòu)中具有多個孔道，礦物具有較大的固溶量，鋁可被鐵取代形成硫鐵鋁酸鹽，可降低含鋁礦物的使用量，為了減少水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗和二氧化碳?xì)怏w排放，國內(nèi)外大規(guī)模興起對低鋁或高硅硫鋁酸鹽水泥的研究。近年來，人們研究了硫鋁酸鈣中鈣離子被鋇和鍶離子取代，而鋁被鐵離子取代的研究甚少，且硫鐵鋁酸鈣的形成一般在1200℃以上?，F(xiàn)有的制備硫硅酸鈣的方法，如申請?zhí)枮?01510066039.8的中國專利申請，公開一種硫鋁酸鹽水泥，其按照設(shè)定的煅燒溫度和保溫時間需進(jìn)行二次煅燒；申請?zhí)枮?01510066040.0的中國專利申請，公開了一種硫硅酸鈣的制備方法，煅燒溫度為1100～1250℃，保溫2～8h。上述方式具有以下不足(1)需進(jìn)行二次煅燒，程序復(fù)雜，且首次煅燒溫度高；(2)所需保溫時間長，能源消耗大。能否開發(fā)一種一次低溫合成的含有硫硅酸鈣和硫鐵鋁酸鹽的水泥，不僅能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的工藝復(fù)雜、能耗高的不足，而且能夠?qū)崿F(xiàn)廢渣的有效處理，是值得本領(lǐng)域研究的課題。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明的一次低溫?zé)韶惱?硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸-硫硅酸鈣水泥熟料，解決了現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝中的高能耗以及工業(yè)廢渣堆積造成的環(huán)境問題。技術(shù)方案：本發(fā)明所述的燒成貝利特-硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料的方法，包括如下步驟：步驟a，將工業(yè)廢渣與工業(yè)石膏混合，按水灰比為0.3～0.5加水混合，研磨15～60min后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到試樣。步驟b，將上述試樣恒溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為60～150℃，養(yǎng)護(hù)時間為3～9h；所述步驟b中養(yǎng)護(hù)溫度80～130℃，養(yǎng)護(hù)時間為3～6h。步驟c，再于在800～1150℃下煅燒60～120min，將煅燒后的試樣從高溫爐中取出，迅速冷卻；粉磨后得到產(chǎn)品。煅燒條件優(yōu)選：煅燒溫度為1050℃，煅燒時間120min。本發(fā)明還有一種替代方案，即是：將所述的步驟a、步驟b替換為：將工業(yè)廢渣、工業(yè)石膏與含水化產(chǎn)物廢料混合，按0.1～0.2加水混合，混合均勻成型，得到試樣，再接續(xù)步驟c。具體的，對于上述兩種方案來說，所述的工業(yè)石膏為脫硫石膏或磷石膏。所述的工業(yè)廢渣包括硅鋁質(zhì)原料、鈣質(zhì)原料、鐵質(zhì)原料、鐵鋁質(zhì)原料；其中硅鋁質(zhì)原料為煤矸石；鋁質(zhì)原料為尾礦鋁礬土；鈣質(zhì)原料為電石渣、石灰干化污泥；鐵質(zhì)原料為硫鐵礦燒渣；鐵鋁質(zhì)原料為赤泥。所述的含水化產(chǎn)物廢料為硅鈣鋁質(zhì)原料，例如管樁余漿和廢棄混凝土細(xì)料。更具體的，上述步驟中原料的配比為：硅鋁質(zhì)原料或硅鈣質(zhì)原料：鐵鋁質(zhì)原料：鋁質(zhì)原料：工業(yè)石膏：鈣質(zhì)原料＝9.74～20.69％：4.35～4.99％：27.88～41.77％：9.43～13.68％：27.07～45.39％。上述步驟中的粉磨，磨至比表面積為350～420m2/kg。研究中發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所采用的水熱前驅(qū)體對水泥產(chǎn)品力學(xué)性能影響較大，本發(fā)明所述的水熱反應(yīng)是將脫模后的試樣進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)，最佳的養(yǎng)護(hù)條件為：養(yǎng)護(hù)溫度為60～150℃，養(yǎng)護(hù)時間為3～9h。最佳的煅燒條件為：煅燒溫度為1050℃，煅燒時間120min。有益效果：本發(fā)明的低溫制備貝利特-硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料的方法通過預(yù)先的水熱反應(yīng)降低了貝利特-硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料的燒制溫度，降低了能耗，通過合適的配比及工藝改善貝利特-硫鋁酸鹽-硫鐵鋁酸鹽水泥的性能，實現(xiàn)了在低溫下制備低碳的貝利特-硫鋁酸鹽--硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。本發(fā)明本發(fā)明是直接利用工業(yè)廢渣、工業(yè)石膏、鋁礬土或尾礦鋁礬土作原料，工業(yè)廢渣中含有cao、sio2、al2o3、fe2o3和so3，所以原料不需要改性或者其他處理，節(jié)約處理成本的同時提高的原料的利用率。大大降低了前期成本，同時解決了工業(yè)廢渣造成的環(huán)境問題。并且，本發(fā)明不使用石灰石，不會產(chǎn)生大量的二氧化碳，增加環(huán)境壓力，另一方面煅燒溫度低，進(jìn)而能耗低。因此本發(fā)明是一種低碳、綠色的制備方法。具體實施方式：下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本實施例中所使用的原料的組分如表1所示。表1原料主要化學(xué)成分(％)caosio2al2o3fe2o3so3電石渣65.574.272.56——1.20石灰干化污泥50.486.101.450.67——煤矸石1.4458.0017.665.231.70脫硫石膏30.902.502.733.0344.00磷石膏28.674.110.62——40.53赤泥7.009.0017.0039.00——硫鐵礦燒渣0.605.751.1938.360.60尾礦鋁礬土0.488.3039.050.54——管樁余漿28.9321.383.00————實施例1本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表2所示。表2：實施例1原料配比和用水量實施例1赤泥煤矸石尾礦鋁礬土脫硫石膏電石渣水質(zhì)量/g49.9138.6313.8107.5390.2500具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨30min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為130℃的壓蒸釜中，恒溫養(yǎng)護(hù)3h后取出冷卻；3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在1050℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表3所示。表3：實施例1制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例2本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表4所示。表4：實施例2原料配比和用水量實施例2硫鐵礦燒渣管樁余漿尾礦鋁礬土磷石膏石灰干化污泥水質(zhì)量/g43.5189.8341.4100325.3150具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)煅燒：將塊狀試樣再置于高溫爐中，在950℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表5所示。表5：實施例2制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例3本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表6所示。表6：實施例3原料配比和用水量具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨40min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為60℃的數(shù)顯恒溫攪拌循環(huán)養(yǎng)護(hù)箱中，恒溫養(yǎng)護(hù)9h后取出冷卻；3)煅燒：將冷卻后的塊狀試樣破碎后，再置于高溫爐中，在800℃下煅燒90min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表7所示。表7：實施例3制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例4本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表8所示。表8：實施例4原料配比和用水量實施例4硫鐵礦燒渣管樁余漿尾礦鋁礬土脫硫石膏電石渣水質(zhì)量/g47.9125.9417.7123285.5200具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨60min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在1000℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表9所示。表9：實施例4制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例5本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表10所示。表10：實施例5原料配比和用水量實施例5硫鐵礦燒渣管樁余漿尾礦鋁礬土脫硫石膏電石渣水質(zhì)量/g47.4206.9372100.4273.3100具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨30min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在1050℃下煅燒90min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表11所示。表11：實施例5制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例6本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表12所示。表12：實施例6原料配比和用水量實施例6管樁余漿硫鐵礦燒渣尾礦鋁礬土磷石膏電石渣水質(zhì)量/g205.247369108.1270.7150具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨30min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在1150℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表13所示。表13：實施例6制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例7本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表14所示。表14：實施例7原料配比和用水量實施例7煤矸石硫鐵礦燒渣尾礦鋁礬土脫硫石膏石灰干化污泥水質(zhì)量/g97.444339.1112.9406.6500具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為130℃的壓蒸釜中，恒溫養(yǎng)護(hù)3h后取出；3)煅燒：將試樣置于高溫爐中，在1050℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表13所示。表15：實施例7制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例8本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表16所示。表16：實施例8原料配比和用水量實施例8煤矸石赤泥尾礦鋁礬土磷石膏電石渣水質(zhì)量/g108.748.3357.4136.8348.8500具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為120℃的壓蒸釜中，恒溫養(yǎng)護(hù)3h后取出；3)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在1100℃下煅燒90min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表17所示。表17：實施例8制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例9本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表18所示。表18：實施例9原料配比和用水量實施例9煤矸石硫鐵礦燒渣尾礦鋁礬土脫硫石膏石灰干化污泥水質(zhì)量/g121.744.6294.594.3444.9500具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為130℃的壓蒸釜中，恒溫養(yǎng)護(hù)3h后取出；3)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在1000℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表19所示。表19：實施例9制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表實施例10本實施例所設(shè)計原料配比和用水量如表20所示。表20：實施例10原料配比和用水量實施例10煤矸石赤泥尾礦鋁礬土脫硫石膏石灰干化污泥水質(zhì)量/g124.244.728.196.2453.9500具體實施步驟如下：1)混料：按配比稱取原料置于行星磨中，加水，研磨15min，取出后將料漿倒入模具中，成型后脫模，得到塊狀試樣；2)水熱合成：將上述試樣置于已升溫至設(shè)定溫度為80℃的數(shù)顯恒溫攪拌循環(huán)養(yǎng)護(hù)箱中，恒溫養(yǎng)護(hù)3h后取出；3)煅燒：將塊狀試樣置于高溫爐中，在900℃下煅燒120min，取出急冷，球磨機粉磨至比表面積為390m2/kg即得到貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料。測得水泥各性能如表21所示。表21：實施例10制得的貝利特—硫鋁酸鹽—硫鐵鋁酸鹽-硫硅酸鈣水泥熟料性能表對比例采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方法，利用低鋁渣和低品位鋁礬土制備貝利特硫鋁酸鹽水泥。各原料具體成分如表22所示。表22原料的化學(xué)成分名稱燒失量sio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2otio2石灰石43.40.210.180.0355.220.3————————鋁礬土20.731.8446.081.950.740.340.130.530.063.08鈣鋁渣11.10.549.420.0647.990.7126.761.370.06——石膏20.79.562.340.7936.292.2539.100.550.370.13引入堿度系數(shù)cm，鋁硅比p和鋁硫比n進(jìn)行生料配料，經(jīng)計算，配料表如表23所示。表23試驗配料方案及熟料礦物組成按設(shè)計配比稱量原料，經(jīng)混合、造粒、干燥、煅燒，在1320℃下保溫60min，效果最佳，取出急冷，將熟料與天然石膏按92:8質(zhì)量混合粉磨制成水泥。測得水泥的物理力學(xué)性能如表24所示。表24水泥的物理力學(xué)性能從實施例1～實施例10及對比例中可以看出本發(fā)明有很大的優(yōu)勢，本發(fā)明制備方法尤其是利用水熱前驅(qū)體，其含有水化硅酸鈣和水化硫鋁酸鹽，降低煅燒溫度，降低能耗的優(yōu)點；再者本發(fā)明以工業(yè)廢渣為原料，不使用石灰石、粘土等礦物原料，節(jié)約了資源，促進(jìn)了水泥的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前第1頁12