本發(fā)明涉及水泥熟料制備，具體涉及一種硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，全球變暖引發(fā)了一系列環(huán)境問題，如冰川溶化、海平面上升、物種滅絕和極端惡劣天氣等，而溫室氣體排放是導(dǎo)致氣候變化的主要原因。2019年的全球平均氣溫比1980~2010年的平均值高出了0.92℃，比工業(yè)化前水平高出了1.1℃。其中，二氧化碳的排放是最受關(guān)注的溫室氣體之一，二氧化碳排放與全球變暖之間的關(guān)系已成為全球各界廣泛關(guān)注和深入研究的重要課題。由于水泥熟料的燒制需要大量的化石燃料，從而會釋放大量的二氧化碳，并造成了大量不可再生能源的消耗，因此對于建材行業(yè)的碳減排目標(biāo)，亟需尋求相關(guān)技術(shù)突破。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料及其制備方法，該熟料體系的整體燒成溫度明顯低于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，從而有效地降低了能耗，減少了二氧化碳的排放量。具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所示。

2、首先，本發(fā)明公開一種硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料，以質(zhì)量百分比計，包括如下礦物相：硅酸二鈣45~68%、氟硫硅酸鈣14~26%、七鋁酸十二鈣12~22%、鈣鋁黃長石1~5%、玻璃相2~6%，余量包括未反應(yīng)的原料、不可避免的雜質(zhì)等。

3、其次，本發(fā)明公開一種硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，包括如下步驟：以鈣源、硅源、石膏、鋁源、含氟污泥為原料，將其按比例混合均勻后進行煅燒。完成后將煅燒產(chǎn)物急冷，然后粉磨，即得所述水泥熟料。

4、進一步地，所述原料中各組分比例為：鈣源57~85重量份、硅源30~48重量份、石膏18~35重量份、鋁源16~27重量份、含氟污泥14~32重量份?？蛇x地，所述各組分的細度不小于200目。

5、進一步地，所述鈣源包括：石灰石、泥灰?guī)r、白堊、堿渣、電石渣等中的至少一種。

6、進一步地，所述硅源包括：剝離土、硅灰、煤矸石、粘土、石英砂、硅藻土等中的至少一種。

7、進一步地，所述石膏包括：脫硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏、鈦石膏等中的至少一種。

8、進一步地，所述鋁源包括：鋁礬土、粉煤灰、鋁灰、煤矸石等中的至少一種。

9、進一步地，所述含氟污泥中氟的含量不低于15wt.%。

10、進一步地，所述煅燒溫度為1100~1200℃，煅燒時間為15~60min。

11、進一步地，粉磨至所述水泥熟料的細度不小于200目。

12、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下方面的有益效果：

13、（1）相對于傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥，硫硅酸鈣的形成溫度更低（1200℃以下）。因此，以這種礦物相為水泥熟料的成分可以有效降低水泥熟料的燒成溫度，降低能耗和碳排放。但硫硅酸鈣的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在高溫下難以穩(wěn)定存在，導(dǎo)致制備的水泥熟料中這種組分的含量較低。為此，本發(fā)明采用含氟污泥為原料，利用其中的氟元素的電負性大于硫，氟對成鍵電子的吸引力要大于硫的特點，使氟進入硫硅酸鈣的晶格中將其轉(zhuǎn)換為氟硫硅酸鈣，這種礦物相不僅結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可以穩(wěn)定保留在水泥熟料中，而且保持了低燒成溫度的特點。本發(fā)明的水泥熟料以硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣為主要成分，其在1100~1200℃的較低溫度下即可燒成，有效節(jié)省了能耗，而且還實現(xiàn)了含氟污泥的資源化利用，減少了氟的污染危害。

14、（2）本發(fā)明的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料雖然解決了硫硅酸鈣結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致制備的水泥熟料中這種組分的含量較低的問題，但本發(fā)明進一步發(fā)現(xiàn)這種水泥熟料還存在早期強度不足的問題，而所述七鋁酸十二鈣很好地克服了上述問題，有效提高了本發(fā)明水泥熟料的早期強度，同時提高了凝結(jié)速率，使本發(fā)明的水泥熟料體系還適用于搶修工程。另外，所述七鋁酸十二鈣水化會生成al(oh)4-，這使得孔隙液處于一個欠飽和狀態(tài)，為了維持孔隙液的電荷平衡，體系中的其他礦相開始發(fā)生溶解。又因為在常溫下，氟硫硅酸鈣的溶度積要大于硅酸二鈣的溶度積，因此氟硫硅酸鈣的溶解得到了促進，進而推動氟硫硅酸鈣的水化進程。此時孔隙液中的硅酸根離子和鈣離子處于一個較飽和狀態(tài)，因此會抑制硅酸二鈣的溶解。當(dāng)氟硫硅酸鈣水化消耗殆盡時，硅酸二鈣開始大量溶解，進而使得本發(fā)明的水泥熟料的后期力學(xué)強度能夠持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，包括如下礦物相：硅酸二鈣45~68%、氟硫硅酸鈣14~26%、七鋁酸十二鈣12~22%、鈣鋁黃長石1~5%、玻璃相2~6%，余量包括未反應(yīng)的原料、不可避免的雜質(zhì)。

2.權(quán)利要求1所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：以鈣源、硅源、石膏、鋁源、含氟污泥為原料，將其按比例混合均勻后進行煅燒；完成后將煅燒產(chǎn)物急冷，然后粉磨，即得所述水泥熟料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述原料中各組分比例為：鈣源57~85重量份、硅源30~48重量份、石膏18~35重量份、鋁源16~27重量份、含氟污泥14~32重量份；可選地，所述各組分的細度不小于200目。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述鈣源包括：石灰石、泥灰?guī)r、白堊、堿渣、電石渣中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述硅源包括：剝離土、硅灰、煤矸石、粘土、石英砂、硅藻土中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述石膏包括：脫硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏、鈦石膏中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述鋁源包括：鋁礬土、粉煤灰、鋁灰、煤矸石中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述含氟污泥中氟的含量不低于15wt.%。

9.根據(jù)權(quán)利要求2-8任一項所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述煅燒溫度為1100~1200℃，煅燒時間為15~60min。

10.根據(jù)權(quán)利要求2-8任一項所述的硅酸二鈣-氟硫硅酸鈣-七鋁酸十二鈣水泥熟料的制備方法，其特征在于，粉磨至所述水泥熟料的細度不小于200目。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水泥熟料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種硅酸二鈣?氟硫硅酸鈣?七鋁酸十二鈣水泥熟料及其制備方法。以質(zhì)量百分比計，該水泥熟料包括如下礦物相：硅酸二鈣45~68%、氟硫硅酸鈣14~26%、七鋁酸十二鈣12~22%、鈣鋁黃長石1~5%、玻璃相2~6%，余量包括未反應(yīng)的原料、不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的上述熟料體系以含氟污泥為原料，不僅實現(xiàn)了含氟污泥進行資源化利用，減少了氟對環(huán)境的危害，而且還將不穩(wěn)定的硫硅酸鈣轉(zhuǎn)換成了穩(wěn)定且低燒成溫度的氟硫硅酸鈣，使本發(fā)明的水泥熟料體系的整體燒成溫度明顯低于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，從而有效地降低了能耗，減少了二氧化碳的排放量。

技術(shù)研發(fā)人員：黃永波,于糧,彭學(xué)平,王棟,武文浩,李忠鋮,朱江,王金邦
受保護的技術(shù)使用者：濟南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19