專利名稱：利用脫硫灰燒成硫鋁酸鹽水泥的工藝技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫鋁酸鹽水泥的燒成技術(shù)，特別是用燃煤電廠的脫硫灰作主要組分之一燒成硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)。
背景技術(shù)：
硫鋁酸鹽水泥是一個(gè)新的水泥系列，被稱作第三系列水泥。硫鋁酸鹽水泥以石灰石、礬土和石膏為生產(chǎn)原料，經(jīng)過1300～1350℃低溫煅燒而成，熟料的主要礦物是硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二鈣(2CaO·SiO2)。硫鋁酸鈣具有水化快，硬化快，放熱集中的特點(diǎn)，是一種早強(qiáng)礦物，是硫鋁酸鹽水泥早期強(qiáng)度的主要來源；配合以水化慢，后期強(qiáng)度增進(jìn)大的硅酸二鈣，從而使硫鋁酸鹽水泥具有較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。該種水泥以其熟料的礦物組成不同于其他品種水泥，由此構(gòu)成其早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐腐蝕和低堿性等基本特性，并可在很大范圍內(nèi)調(diào)整其膨脹性能。由于其良好的性能和低溫煅燒條件，硫鋁酸鹽水泥正在受到世界各國的廣泛關(guān)注。
硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)原料中要求礬土的Al2O3含量大于55％，而高品質(zhì)的礬土資源有限，并且是煉鋁的主要原料，因此在一定程度上限制了硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)和應(yīng)用。
隨著電廠脫硫技術(shù)，特別是使用鈣基脫硫劑的各種干法脫硫工藝，如爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝、流化床燃燒脫硫工藝等，和以噴霧干燥為特征的半干法脫硫工藝的推廣應(yīng)用，脫硫灰渣的處置與利用問題應(yīng)運(yùn)而生，成為脫硫技術(shù)應(yīng)用中的難題之一。
脫硫灰渣是脫硫產(chǎn)物和普通灰渣的混合物。與普通粉煤灰相比，脫硫灰渣的化學(xué)成分和礦物組成差別很大。脫硫灰的化學(xué)組成中硫和鈣元素的含量都較一般粉煤灰高很多，而且這兩種元素的礦物形式也比較復(fù)雜。通常在爐內(nèi)噴鈣的干法脫硫工藝中，脫硫產(chǎn)物中的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3，另外還有一部分未完全反應(yīng)的游離CaO。而在噴霧干燥的半干法低溫脫硫工藝中，脫硫產(chǎn)物中的含硫物相則以CaSO3為主，CaSO4含量很少；未完全反應(yīng)的鈣元素一般以Ca(OH)2的形式存在；并且由于煙氣中大量CO2的存在，脫硫的同時(shí)CaCO3的產(chǎn)生往往也不可避免。
目前對(duì)于一般粉煤灰的利用，經(jīng)過很多人的長期研究，已在許多領(lǐng)域得以發(fā)展。主要的利用方式有以下幾種(1)作建材資源如作水泥混合材，作混凝土摻和料，以及制作建筑砌塊或作為磚瓦材料使用等；(2)鋪路，填筑如作路面材料或回埋礦井；(3)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)進(jìn)行土壤改良或生產(chǎn)化肥；(4)回收有用物質(zhì)，如玻璃微珠和金屬及其化合物等。其中作為建材資源使用一直是粉煤灰最重要的利用方式。
然而，脫硫灰渣的成分特性大大限制了其在粉煤灰傳統(tǒng)領(lǐng)域的利用。首先，作水泥混和材或混凝土摻和料原本是粉煤灰利用量最大的途徑之一，然而，過高的硫含量使脫硫灰不能再像普通粉煤灰一樣直接作為水泥混和材使用或者摻加量只能相當(dāng)少，因?yàn)樵谄胀ㄋ嗟膰覙?biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥中SO3的含量不能超過3.5％。其次，固化于亞硫酸鈣中的硫，如果利用的不合理，還有可能使SO2釋放出來，造成二次污染，使脫硫工藝前功盡棄，例如用脫硫灰在高溫下生產(chǎn)磚瓦材料就會(huì)造成這種現(xiàn)象。再有，脫硫灰中游離氧化鈣含量高時(shí)，則會(huì)在長期水化過程中不斷生成Ca(OH)2，體積不斷膨脹，進(jìn)而在使用中造成安定性不良的問題，因此這也是脫硫灰在建材領(lǐng)域利用的一個(gè)障礙。
專門針對(duì)脫硫灰特性進(jìn)行的研究開發(fā)主要是用作水泥緩凝劑。CaSO4確實(shí)具有緩凝作用，但CaSO3是否具有緩凝作用目前尚有爭執(zhí)。即使脫硫灰確實(shí)可以作為水泥緩凝劑使用，相對(duì)于脫硫灰巨大的數(shù)量而且，其利用量也是微乎其微。
鑒于以上原因，目前大量的脫硫灰中，只有少部分得到初級(jí)的利用，絕大部分被拋棄，既破壞環(huán)境又占用土地，還直接影響著煙氣脫硫工藝的應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)脫硫灰高硫高鈣成分復(fù)雜難以利用的特性，結(jié)合硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)過程中原料受限制的問題，提出了用脫硫灰作主要組分之一燒成硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)。
用脫硫灰作生料生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥，脫硫灰中的含硫礦物正好可以作為水泥熟料中所需硫元素的來源，可以實(shí)現(xiàn)硫元素的固化和充分利用，硫鋁酸鹽水泥配料生產(chǎn)時(shí)可以不使用或只使用少量石膏。生產(chǎn)水泥都需要大量的CaO，通常以石灰石為原料，而脫硫灰中的游離CaO、Ca(OH)2以及CaCO3都可以直接作為所需CaO的來源，替代硫鋁酸鹽水泥配料中的一部分石灰石。脫硫灰中的粉煤灰部分則可作為硫鋁酸鹽水泥中SiO2和Al2O3的來源。另外，灰渣中通常都有一部分未燃燼的殘留碳，用脫硫灰作生料則可以使其在高溫?zé)蛇^程中進(jìn)一步燃燒，得到充分利用。
本發(fā)明不需要改變一般水泥的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，只需要進(jìn)行生料配料的調(diào)整。本發(fā)明的生料配料按百分比為脫硫灰30～45％，石灰石55～65％，石膏0～15％。以燃煤脫硫產(chǎn)生的脫硫灰和石灰石及石膏為原料，經(jīng)過粉磨后，在窯爐內(nèi)煅燒。
本發(fā)明要求熟料的燒成溫度范圍為1300～1350℃。
本發(fā)明要求熟料的燒成時(shí)間在10～30分鐘內(nèi)。
本發(fā)明所燒成的水泥熟料的主要礦物成分是硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二鈣(2CaO·SiO2)。
本發(fā)明按照上述配料范圍，在上述溫度控制下所燒成的硫鋁酸鹽水泥熟料，經(jīng)過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)21Mpa，28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)42.5Mpa。
綜述所述，本發(fā)明用脫硫灰作主要原料生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥，可完全不受脫硫灰成分復(fù)雜和高硫高鈣的特點(diǎn)的限制，并且能對(duì)其各種成分進(jìn)行高效利用，可以實(shí)現(xiàn)物盡其用；同時(shí)，本發(fā)明也能克服硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)受原料如礬土等的限制，可以無需礬土，無需或只需少量石膏，就能實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)。


附圖1為以脫硫灰36.2％、石灰石61.8％、石膏2％配料燒成的硫鋁酸鹽水泥熟料的X射線衍射圖譜。
附圖2為以脫硫灰34.3％、石灰石53.4％、石膏12.3％配料燒成的硫鋁酸鹽水泥熟料的X射線衍射圖譜。其中，A為硫鋁酸鈣，B為硅酸二鈣。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1按脫硫灰、石灰石和石膏百分比進(jìn)行配料，脫硫灰36.2％，石灰石61.8％，石膏2％，其中脫硫灰的主要成分組成為SiO243.7％，Al2O324.8％，F(xiàn)e2O34.1％，CaO11.8％，SO37.5％。煅燒溫度為1300℃，煅燒時(shí)間為30分鐘。所得產(chǎn)品經(jīng)過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為27.6Mpa和48.5Mpa。
實(shí)例2按脫硫灰、石灰石和石膏百分比進(jìn)行配料，脫硫灰34.3％，石灰石53.4％，石膏12.3％，其中脫硫灰的主要成分組成為SiO248.7％，Al2O331.8％，F(xiàn)e2O36.1％，CaO2.8％，SO31.5％。煅燒條件與前例相同。所得產(chǎn)品經(jīng)過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為25.6Mpa和47.9Mpa。
實(shí)例3按脫硫灰、石灰石和石膏百分比進(jìn)行配料，脫硫灰44.8％，石灰石55.2％，石膏0％，其中脫硫灰的主要成分組成為SiO238.7％，Al2O322.8％，F(xiàn)e2O33.9％，CaO17.8％，SO39.5％。煅燒條件與前例相同。所得產(chǎn)品經(jīng)過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為27.3Mpa和49.5Mpa。
權(quán)利要求
1.一種利用脫硫灰燒成硫鋁酸鹽水泥的工藝技術(shù)，其特征在于以燃煤脫硫產(chǎn)生的脫硫灰和石灰石及石膏為原料，經(jīng)過粉磨后，在窯爐內(nèi)煅燒，燒成溫度為1300～1350℃，煅燒時(shí)間為10～30分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用脫硫灰燒成硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)，其特征在于本硫鋁酸鹽水泥的配料為，脫硫灰占30～45％，石灰石占55～65％，石膏占0～15％。
全文摘要
一種利用脫硫灰燒成硫鋁酸鹽水泥的工藝技術(shù)。本發(fā)明針對(duì)脫硫灰高硫高鈣成分復(fù)雜的特性，提出了用脫硫灰作主要組分之一燒成硫鋁酸鹽水泥的工藝技術(shù)。該項(xiàng)工藝技術(shù)可完全不受脫硫灰成分復(fù)雜和高硫高鈣的特點(diǎn)的限制，并且能對(duì)脫硫灰中的含硫礦物、含鈣礦物、普通灰成分以及殘留碳等各種成分進(jìn)行高效利用，使之轉(zhuǎn)化為硫鋁酸鹽水泥熟料礦物。本發(fā)明可以無需礬土，無需或只需少量石膏，就能實(shí)現(xiàn)硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B7/32GK1911848SQ20061006878
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者王文龍, 馬春元, 董勇, 徐夕仁, 宋占龍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)