專利名稱：β-2CaO·SiO₂的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要可作為水泥材料有利地利用的P -2Ca0 SiO2的制造方法。
背景技術(shù)：
在2Ca0 *Si02中，已知a型、P型、Y型等晶型。其中，在常溫下穩(wěn)定的為@型和Y型。已知P型為硅酸鹽水泥(Portland cement)的一種成分，盡管水硬性弱但是具有水硬性。另一方面，Y型雖然不具有水硬性，但碳酸化活性高，作為水泥混合材料的有用性近年來被發(fā)現(xiàn)。如上所述，2Ca0 SiO2由于無論P型還是Y型均發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用其各自特征的用途，因此如果能夠確立控制2Ca0 SiO2的晶體形態(tài)的方法，則在工業(yè)上是有益的。在純粹的2Ca0_Si02體系中，不會生成P型的2Ca0 SiO2，會形成、型。作為對2Ca0 SiO2的晶體形態(tài)產(chǎn)生影響的主要因素，已知有:(I)第三成分的影響，(2)冷卻條件的影響，(3)氧化-還原氣氛等。作為第三成分的影響，已知如果混合存在一定量以上的硼、磷、鋇、鍶、鐵、鋁、鑰等，則會生成P -2Ca0 SiO2 (參照非專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2、以及非專利文獻(xiàn)3)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I:Schwiete et al., Zem.-Kalk-Gips, Vol.21, N0.9, 359, 1968非專利文獻(xiàn)2:柴田 純夫《分，窯業(yè)協(xié)會誌，Vol.92，N0.2，71，1984非專利文獻(xiàn)3 =Niesel et al.Tonind-Ztg.，Vol.93，N0.6，197，1969

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明提供一種白色度高、既不含有害物質(zhì)、也不會妨礙水泥的凝結(jié)硬化、還能夠削減燒成時的能量成本、收率也高的P -2Ca0 SiO2的制造方法。用于解決問題的方案本發(fā)明人等反復(fù)進(jìn)行了各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在由碳化鈣產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰中，幾乎不含上述的第三成分，盡管未以現(xiàn)有已知的生成0_2CaO* SiO2所需的含量含有第三成分，但通過對在其中配混二氧化硅質(zhì)物質(zhì)而得到的原料進(jìn)行熱處理，會容易地生成P-2Ca0*Si02。而且，發(fā)現(xiàn)了一種P_2Ca0 SiO2的制造方法，通過該方法得到的^ -2Ca0-SiO2的白色度高，既不含有害物質(zhì)，也不會妨礙水泥的凝結(jié)硬化，還能夠削減燒成時的能量成本，收率也高，從而完成了本發(fā)明。發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)上也是有用的。S卩，本發(fā)明具有以下的要點。(I) 一種P -2Ca0 SiO2的制造方法，其特征在于，對配混消石灰和二氧化硅質(zhì)物質(zhì)而得到的原料進(jìn)行熱處理，所述消石灰是使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰。(2)根據(jù)上述(I)所述的制造方法，其中，消石灰含有:71 74質(zhì)量％的0&0、23 25質(zhì)量%的燒失量(L0I )、0.5 1.5質(zhì)量%的SiO2、0.2 0.35質(zhì)量%的Fe2O3'0.3 0.7質(zhì)量％的A1203、小于0.2質(zhì)量％的MgO、任一個均小于0.1質(zhì)量％的Na2O和K20、以及1.0
1.5質(zhì)量％的S03。(3)根據(jù)上述(I)或(2)所述的制造方法，其中，二氧化硅質(zhì)物質(zhì)為硅石微粉、硅
灰、硅藻土、或熔融二氧化硅。(4)根據(jù)上述(I) (3)中的任一項所述的制造方法，其中，上述消石灰和/或二氧化硅質(zhì)物質(zhì)具有90質(zhì)量％以上通過100 u m的篩的粒度。(5)根據(jù)上述(I) (4)中的任一項所述的制造方法，其中，在回轉(zhuǎn)窯中以1300 1600°C的燃燒溫度對Ca0/Si02的摩爾比配混成1.8 2.2的原料進(jìn)行燒成。(6)根據(jù)上述(5)所述的制造方法，其中，將配混的原料造粒成90質(zhì)量％以上通過100 u m的篩的粒度，將所得造粒物加料至回轉(zhuǎn)窯。(7)根據(jù)上述(6)所述的制造方法，其中，使用以水/原料的質(zhì)量比計為10 30%的水進(jìn)行造粒。(8)根據(jù)上述(I) (7)中的任一項所述的制造方法，其中，熱處理產(chǎn)物的收率相對于原料為75%以上。(9)根據(jù)上述(I) (8)中的任一項所述的制造方法，其中，熱處理產(chǎn)物中的^ -2Ca0 SiO2的純度為90%以上。(10) 一種水泥混合材料，其使用通過上述(I) (9)中的任一項所述的制造方法而得到的^ -2Ca0SiO2。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的P -2Ca0 SiO2的制造方法，能夠發(fā)揮所得的P _2Ca0 SiO2白色度高、既不會妨礙水泥的凝結(jié)硬化、還能夠削減燒成時的能量成本、收率也高等效果。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，本發(fā)明中的“份”、“％”在沒有特別規(guī)定的情況下表示“質(zhì)量基準(zhǔn)”。本發(fā)明的P_2Ca0 SiO2是以CaO和SiO2作為主要成分的化合物中的硅酸二鈣(2Ca0 SiO2)的一種。在硅酸二鈣(2Ca0 SiO2)中，存在a型、a ’型、P型、以及Y型的晶型。本發(fā)明涉及P型的硅酸二鈣。在本發(fā)明中，作為CaO原料使用在使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰(氫氧化鈣)。使用其時，可得到P型的2Ca0*Si02。即使使用試劑的氫氧化鈣、能以其他的工業(yè)原料的形式獲得的消石灰，也無法得到本發(fā)明的P_2Ca0 Si02。在本發(fā)明中用作CaO原料的消石灰是依據(jù)下述的反應(yīng)式在使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰。CaC2 + 2H20 — C2H2 + Ca (OH) 2在本發(fā)明中，使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰的成分包括:約71 74%的CaO，優(yōu)選為72 73%，約23 25%的燒失量(L0I )，優(yōu)選為23.5 24.5%,約0.5
1.5% 的 SiO2,優(yōu)選為 0.75 1.25%,約 0.2 0.35% 的 Fe2O3,優(yōu)選為 0.25 0.3%,約 0.3
0.7%的Al2O3,優(yōu)選為0.4 0.6%，小于0.2%的MgO,優(yōu)選小于0.1%，任一個均小于0.1%的Na2O和K2O,優(yōu)選小于0.05%,以及約1.0 1.5%的SO3，優(yōu)選為約1.2 1.3%。
通常，用于使2Ca0 SiO2以P型的形式穩(wěn)定化的第三成分的Fe203、Al2O3的含量按總量計最多估算為1.05%以下的范圍，它們的含量不會對P -2Ca0 SiO2 ( ^ -C2S)的生成產(chǎn)生影響。然而，為了通過Fe203、Al2O3使P _2Ca0 SiO2穩(wěn)定化，通常，它們含量的總量可以說優(yōu)選為5%以上。在市售的消石灰中，雖然也有具有與本發(fā)明所使用的使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰同樣的化學(xué)組成的消石灰，但無法獲得本發(fā)明的效果。其理由并不明確，但推測是硫成分帶來了某種影響。作為本發(fā)明的使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰的特征，其含有以SO3換算計為1.0 1.5%左右、優(yōu)選為1.2 1.3%的硫組分。在本發(fā)明中，除了使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰(CaO原料)之外，還使用二氧化硅質(zhì)物質(zhì)(SiO2原料)。對二氧化硅質(zhì)物質(zhì)(SiO2原料)沒有特別限定，可以使用硅石微粉、硅灰、硅藻土、熔融二氧化硅的粉等。為了獲得P -2Ca0 SiO2，有時優(yōu)選二氧化硅質(zhì)物質(zhì)(SiO2原料)中存在雜質(zhì)。其中，在本發(fā)明中，即使使用高純度的二氧化硅質(zhì)物質(zhì)(SiO2原料)，也可以通過使用使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰而得到P_2Ca0 Si02。本發(fā)明的0 -2Ca0 SiO2的制造方法的特征在于，對配混有消石灰(CaO原料)和二氧化硅質(zhì)物質(zhì)(SiO2原料)的原料進(jìn)行熱處理，所述消石灰是使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰。對熱處理方法沒有特別限定?？梢允褂没剞D(zhuǎn)窯、電爐、隧道窯、豎式窯、流化床式焚化爐等。其中，從連續(xù)作業(yè)、 成本效率等觀點出發(fā)優(yōu)選選定回轉(zhuǎn)窯。熱處理時的燃燒溫度優(yōu)選為1300°C 1600°C，更優(yōu)選為1400°C 1500°C。在小于1300°C時，存在效率變差的情況、燒成不充分的情況，超過1600°C時，不僅會熔融使作業(yè)變得困難，而且存在易帶來焦燒、收率降低的情況。在本發(fā)明中提及的燃燒溫度是指窯內(nèi)的最高溫度。通常，窯內(nèi)的最高溫度位于從燃燒室(burner)延伸的火焰(火炎的外形)的前方I 3m附近。在本發(fā)明的P -2Ca0 SiO2的制造方法中，以能夠獲得75%以上、優(yōu)選80%以上的收率為特征。此處收率是指所得熱處理物相對于所加料的原料的百分率。收率越高，越會帶來制造成本的削減，故優(yōu)選，而由于理論值為約83%，因此該值成為上限值。在本發(fā)明的^ -2Ca0 SiO2的制造方法中，能夠基本穩(wěn)定地獲得80%以上的收率。在本發(fā)明中，優(yōu)選將原料的Ca0/Si02摩爾比調(diào)整至1.8 2.2，更優(yōu)選為1.9
2.2。原料的Ca0/Si02摩爾比小于1.8時,會副產(chǎn)a型的娃灰石、娃I丐石(rankinite),產(chǎn)物中的P_2Ca0*SiOJA含有率變低。原料的Ca0/Si02摩爾比超過2.2時，會副產(chǎn)3Ca0*Si02、游離石灰，產(chǎn)物中的P_2Ca0 SiO2的含有率還是會變低。通過將原料的Ca0/Si02摩爾比調(diào)整至1.8 2.2，能夠使得P -2Ca0 SiO2的含有率為90%以上，優(yōu)選為95%以上。CaO原料和SiO2原料的粒度優(yōu)選調(diào)整至使其90質(zhì)量％以上通過150 U m的篩，更優(yōu)選調(diào)整至使其90質(zhì)量％以上通過100 u m的篩。原料的粒度如果不細(xì)至前述范圍，則存在@-2Ca0*Si02的純度變差傾向。具體而言，游離石灰、不熔解殘留成分變多。在本發(fā)明中，優(yōu)選將配混的原料造粒。將原料造粒時，P -2Ca0 SiO2的生成反應(yīng)會變得易于進(jìn)行，能夠削減能量成本，此外純度變高。造粒是指將配混的原料成型為丸子狀的操作，造粒優(yōu)選按粒徑(直徑)為I 50mm、更優(yōu)選為10 30mm的方式進(jìn)行。作為造粒的方法,可列舉出在圓盤型的轉(zhuǎn)鼓中投入原料和水來造粒的方法、在模具中放入原料進(jìn)行加壓成型的使用所謂造粒機(jī)的方法等。在造粒時使用的水的量按水/原料的質(zhì)量比計優(yōu)選為0.1 0.3/1，更優(yōu)選為0.15 0.25/1。水的用量小于0.1時，造粒了的原料易塌陷，原料被作為粉塵集塵，存在收率變差的情況、在回轉(zhuǎn)窯中的燒成時燒成反應(yīng)未充分進(jìn)行的情況。另外，水的用量超過0.3時，造粒了的原料變得水分大，仍會崩塌，存在在回轉(zhuǎn)窯中燒成時燒成反應(yīng)未充分進(jìn)行的情況。另外，由于原料中含有較多的水，因此為了使其蒸發(fā)，需要較多燒成能量，因而不經(jīng)濟(jì)，另外，環(huán)境負(fù)荷也會增大，故不優(yōu)選。在本發(fā)明中，在熱處理后進(jìn)行冷卻操作，但對冷卻條件沒有特別限定，只要不進(jìn)行特殊的驟冷操作即可。具 體而言，可以是依據(jù)通常的硅酸鹽水泥燒結(jié)塊的冷卻條件的方法，例如，在回轉(zhuǎn)窯中燒成后，在大氣環(huán)境下下通過冷氣設(shè)備等冷卻即可。實施例接著，通過實施例以及比較例對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明，但本發(fā)明不應(yīng)解釋為受以下的實施例限定。“實驗例I”配混各種CaO原料和SiO2原料使得Ca0/Si02摩爾比為2.0。使用造粒機(jī)(小型盤型，Sansho Industry C0., Ltd.制造)將該配混的原料造粒。此時，對粉體加入20%的水。使用回轉(zhuǎn)窯對造粒物進(jìn)行熱處理。在以下溫度下進(jìn)行熱處理:熱處理溫度以燃燒室的燃燒溫度計為1450°C。燒成后的樣品如下進(jìn)行評價。評價結(jié)果一并記于表I?！词褂貌牧稀礐aO原料(I):為使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰，CaO為73.1%，MgO為 0.07%, Al2O3 為 0.55%, Fe2O3 為 0.28%, SiO2 為 0.95%, SO3 為 1.31%, Na2O 為 0.03%, K2O為0.02%,以及燒失量為23.80%。150 u m的篩的通過率為99.5%，100 u m的篩的通過率為96.9%oCaO 原料(2):為石灰石微粉粉末，CaO 為 55.4%,MgO 為 0.37%, Al2O3 為 0.05%,Fe2O3為0.02%, SiO2為0.10%,以及燒失量為43.57%。150 u m的篩的通過率為97.0%, 100 y m的篩的通過率為91.9%。CaO 原料(3):為市售的消石灰，CaO 為 74.10%，MgO 為 0.07%，Al2O3 為 0.36%，F(xiàn)e2O3為 0.22%, SiO2 為 0.90%, SO3 為 0.09%, Na2O 為 0.13%, K2O 為 0.12%,以及燒失量為 24.00%。150 u m的篩的通過率為99.5%, 100 u m的篩的通過率為96.9%。CaO原料(4):為試劑的氫氧化鈣，純度為99%。SiO2 原料:為硅石微粉粉末，CaO 為 0.02%, MgO 為 0.04%, Al2O3 為 2.71%, Fe2O3 為
0.27%, SiO2為95.83%, TiO2為0.23%,以及燒失量為0.51%。150 u m的篩的通過率為95.1%，100 u m的篩的通過率為90.3%。水:自來水〈測定方法〉化合物的鑒定:通過粉末X射線衍射法(Multiplex, Rigaku Corporation制造)鑒定化合物。化學(xué)成分的定量:依據(jù)JIS R5202對Al2O3成分、Fe2O3成分進(jìn)行定量分析，從而定量。顏色的觀察:通過目視判定白色的程度。在200勒克斯的照度的房間中觀察，對按勃氏比表面積計制備成3000±100cm2/g的粉末的白色程度進(jìn)行觀察。白色的情況設(shè)為〇，黃色的情況設(shè)為A，褐色的情況設(shè)為X。燒成能量:將現(xiàn)有技術(shù)中的石灰石作為CaO原料來使用時的重油用量與電用量的總能量設(shè)為100，以相對值示出。收率:將在回轉(zhuǎn)窯中加料的原料的質(zhì)量設(shè)為100時的所得到的燒成物的質(zhì)量的比
率以百分率不出。凝結(jié)時間以及壓縮強度:相對于90份普通硅酸鹽水泥，分別加入10份^ -2Ca0 SiO2, y -2Ca0 SiO2來制成水泥組合物。使用該水泥組合物，依據(jù)JIS R520制備灰漿，測定凝結(jié)的終結(jié)時間。另外，還測定了材齡I天的壓縮強度。復(fù)I`
權(quán)利要求
1.一種0_2CaO*SiO2的制造方法，其特征在于，對配混有消石灰和二氧化硅質(zhì)物質(zhì)而得到的原料進(jìn)行熱處理，所述消石灰是使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，消石灰含有:71 74質(zhì)量％的0&0、23 25質(zhì)量%的燒失量(LOI )、0.5 1.5質(zhì)量%的SiO2、0.2 0.35質(zhì)量%的Fe203、0.3 0.7質(zhì)量%的Al2O3'小于0.2質(zhì)量%的MgO、任一個均小于0.1質(zhì)量%的Na2O和K2O'以及1.0 1.5質(zhì)量％的S03。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，二氧化硅質(zhì)物質(zhì)為硅石微粉、硅灰、硅藻土、或熔融二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項所述的制造方法，其中，上述消石灰和/或二氧化硅質(zhì)物質(zhì)具有90質(zhì)量％以上通過100 u m的篩的粒度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項所述的制造方法，其中，在回轉(zhuǎn)窯中以1300 1600°C的燃燒溫度對Ca0/Si02的摩爾比配混成1.8 2.2的原料進(jìn)行燒成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中，將配混的原料造粒成90質(zhì)量％以上通過100 u m的篩的粒度，將所得造粒物加料至回轉(zhuǎn)窯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，使用以水/原料的質(zhì)量比計為10 30%的水進(jìn)行造粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任一項所述的制造方法，其中，熱處理產(chǎn)物的收率相對于原料為75%以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8 中的任一項所述的制造方法，其中，熱處理產(chǎn)物中的^ -2Ca0 SiO2的純度為90%以上。
10.一種水泥混合材料，其使用通過權(quán)利要求1 9中的任一項所述的制造方法而得到的 3 -2Ca0 SiO2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種白色度高、既不會妨礙水泥的凝結(jié)硬化、還能夠削減燒成時的能量成本、收率也高的β-2CaO·SiO2的制造方法。一種β-2CaO·SiO2的制造方法，其特征在于，對配混有消石灰和二氧化硅質(zhì)物質(zhì)而得到的原料進(jìn)行熱處理，所述消石灰是使碳化鈣與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔后副產(chǎn)的消石灰，將原料的CaO/SiO2摩爾比調(diào)整成1.8～2.2來配混，將配混的原料造粒，在回轉(zhuǎn)窯中，以1300～1600℃的燃燒溫度進(jìn)行燒成，所得熱處理的產(chǎn)物相對于原料的收率為75%以上，β-2CaO·SiO2的純度為90%以上。
文檔編號C04B22/08GK103209925SQ20118005444
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者莊司慎, 盛岡實, 樋口隆行, 山本賢司, 吉野亮悅 申請人:電氣化學(xué)工業(yè)株式會社