專利名稱：一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料，特別涉及一種能夠降低二氧化碳排放的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，大氣中二氧化碳的含量大幅度增加，已經(jīng)對(duì)世界的氣候條件產(chǎn)生了明顯的影響，降低工業(yè)生產(chǎn)中的二氧化碳排放成為世界各國(guó)的共同目標(biāo)。水泥工業(yè)是二氧化碳排放的主要來源之一，約占工業(yè)總的二氧化碳排放的5%。水泥生產(chǎn)中排出的二氧化碳主要來源于石灰石的分解，因此降低水泥原料中石灰石的使用比例，就能夠有效降低二氧化碳的排放。與此同時(shí)，由于石灰石的分解耗熱也是水泥熟料形成熱耗的最主要部分，石灰石比例的下降還能夠進(jìn)一步降低熟料的形成熱耗，降低燃料的使用量，更進(jìn)一步降低因燃料燃燒而產(chǎn)生的二氧化碳。普通硅酸鹽水泥熟料中兩種最主要的礦物是硅酸三鈣(C3S，又稱阿利特)和硅酸二鈣(C2S，又稱貝利特)，C3S約占50 55 %，C2S約為20 25 %，生產(chǎn)C3S比C2S需要更多的氧化鈣(CaO)，CaO來源于石灰石的分解，顯然增加熟料中C2S的含量，減小C3S的含量就能夠使水泥原料中的石灰石比例大幅度降低，降低二氧化碳的排放。但是僅僅將C3S和 C2S的比例進(jìn)行改變，得到的高C2S水泥(也稱高貝利特水泥)，雖然具有水化熱低、需水量小、和外加劑適應(yīng)性好、后期強(qiáng)度高等性能優(yōu)點(diǎn)，但其早期強(qiáng)度明顯偏低的缺點(diǎn)，對(duì)水泥的實(shí)際使用造成了很大的影響，很難能得到推廣和應(yīng)用。硫鋁酸鹽水泥熟料是我國(guó)自主發(fā)明的一種特種水泥熟料，其主要礦物是無水硫鋁酸鈣(C4A3S )和硅酸二鈣(C2S)，前者約占60-70 %，后者約占20_30 %，因?yàn)镃4W3互早期水化反應(yīng)很快，這種水泥具有很高的早期強(qiáng)度。硫鋁酸鹽水泥熟料的這兩種主要礦物，和硅酸三鈣相比，形成時(shí)需要的氧化鈣都明顯降低，因此和普通硅酸鹽水泥熟料相比，硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)中排放的二氧化碳能夠降低35%。但是生產(chǎn)硫鋁酸鹽需要使用的鋁礬土，資源稀缺，使得這種水泥因?yàn)閮r(jià)格昂貴，目前只能夠作為特殊用途的水泥，而不能作為大宗材料使用。如果把高貝利特水泥和硫鋁酸鹽水泥相結(jié)合，利用硫鋁酸鹽水泥中的早強(qiáng)礦物 C4W35，來彌補(bǔ)高貝利特水泥早期強(qiáng)度的不足，就有可能得到早期和后期強(qiáng)度都能夠令人滿意的新水泥，這種水泥被稱為高貝利特硫鋁酸鹽水泥，近年來受到國(guó)內(nèi)外許多研究者的關(guān)注。美國(guó)的梅塔(Mehta)教授曾經(jīng)研究開發(fā)了組成為45%的C2S、20%的C4J3歹、 15%的C4AF(鐵鋁酸四鈣)、20%的CS (無水石膏)的水泥，也獲得了專利，盡管這種水泥在試驗(yàn)中獲得了良好的性能，但是最終沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因?yàn)闊o水石膏在高溫下不穩(wěn)定，很容易分解，熟料在實(shí)際生產(chǎn)中很難按預(yù)期形成。國(guó)際知名的水泥生產(chǎn)商拉法基公司 (lafarge)，近年來對(duì)高貝利特硫鋁酸鹽水泥也進(jìn)行了大量研究，申請(qǐng)了以5_25% C2AF、 15-35%C4^、40-75% C2S為主要組成的高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的專利，為了確保水泥的性能，他們?cè)谑炝响褵龝r(shí)加入一些微量元素作為添加劑，使得C2S以 形態(tài)存在。但是，這些微量元素的加入，不僅使水泥熟料的生產(chǎn)成本增加，而且使熟料的煅燒變得相對(duì)比較復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)的難度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供新的一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料及其制備方法，這種水泥熟料能夠達(dá)到與普通硅酸鹽水泥熟料基本相同的物理性能，其鋁質(zhì)原料全部采用固體工業(yè)廢渣，煅燒時(shí)不用摻加任何的添加劑。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，它具有如下重量百分比的礦物組成25-30 %的β型C2S;25-30 %的 型C2S;28-40%的C4J3友；4-12%的 C4AF，4-8%的非晶相物質(zhì)。為了確保水泥熟料具有足夠高的后期強(qiáng)度， 型C2S占C2S總重的百分比應(yīng)大于或者等于50%。為了保證熟料中各種礦物達(dá)到要求的含量，熟料的Cm值應(yīng)控制在O. 95 I. 05的范圍內(nèi)；f-CaO值控制在-O. 5 O. 5的范圍內(nèi)，f_S03值控制在
I.O 5. O范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出的上述活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，包括以下步驟I)利用立磨或者球磨機(jī)，將按照預(yù)定配比的鈣質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料和石膏的混合料， 粉磨至80 μ m篩余為8-12 %的細(xì)度，得到生料粉，生料粉的化學(xué)成分在燒結(jié)情況下能夠滿足C2S，C4A3S，C4AF等礦物形成時(shí)的化學(xué)條件。2)將得到的生料粉，在1300-1380°c的溫度范圍內(nèi)，在保證煅燒環(huán)境始終處于氧化氣氛下，充分煅燒30-60分鐘，直至所有礦物都能夠完全形成。 本發(fā)明使用的鈣質(zhì)原料，石灰石，和生產(chǎn)普通硅酸水泥熟料使用的全完相同，對(duì)其品質(zhì)沒有特殊的要求，在水泥生料中的含量相對(duì)普通硅酸水泥生料下降25%左右；使用的鋁質(zhì)原料主要選自氧化鋁含量較高的粉煤灰，和鋁土礦選礦尾礦，它們都屬于固體工業(yè)廢渣，在水泥生料中含量可達(dá)30%左右；使用的石膏，可以是無水石膏和二水石膏等天然石膏，也可以是脫硫石膏、磷石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏。本發(fā)明的有益效果是通過獨(dú)特的配料技術(shù)，能夠煅燒出物理強(qiáng)度優(yōu)于普通硅酸鹽水泥熟料的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，3d強(qiáng)度達(dá)到30-50MPa，28d強(qiáng)度達(dá)到 50-70Mpa，其需水量和凝結(jié)特性與普通硅酸水泥熟料接近，保證了水泥在使用過程中的工作性能和傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比不會(huì)產(chǎn)生明顯的改變。生產(chǎn)本發(fā)明的水泥熟料，配料簡(jiǎn)單，而且能夠大量地使用一些價(jià)格低廉的工業(yè)固體廢渣和工業(yè)副產(chǎn)品。因此和普通硅酸水泥熟料和硫鋁酸鹽水泥熟料相比，不僅能夠大幅度降低水泥熟料的生產(chǎn)成本，而且能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)固體廢渣在水泥工業(yè)的大量消納。更為重要的是，由于原料中石灰石使用比例的大幅度下降，使得本發(fā)明的水泥熟料相對(duì)傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料，二氧化碳的排放量可以降低25%以上，是一種低碳水泥熟料。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料及制備方法。首先，將重量百分比為55-65 %的石灰石，26-30 %的含鋁工業(yè)固體廢渣，9-15 %的石膏，分別破碎后按照特殊設(shè)定的比例混合均勻，在立磨或者球磨機(jī)中磨細(xì)至80 μ m方孔篩的篩余為8-12%,得到水泥生料。將生料粉加入I %的自來水，攪拌均勻放入內(nèi)徑為8cm，深2cm的圓形磨具中，利用小型壓力機(jī)壓制成料餅，烘干后放入試驗(yàn)電爐中在1300-1380°C的溫度下煅燒 50-60分鐘。或者直接將生料粉喂入半工業(yè)化窯中，控制生料在窯內(nèi)的流速，保證物料在 1300-1380°C的高溫帶停留30-40分鐘，保證窯內(nèi)有足夠的通風(fēng)量和氧化氣氛，避免石膏在窯內(nèi)的分解造成有用元素的流失。煅燒后得到的熟料礦物組成為25-30%的β型C2S; 25-30%的 型 C2S ;28-40%的C4J3友；4-12%的 C4AF ;4_8%的非晶相物質(zhì)。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例I :將經(jīng)過破碎的3. 25kg石灰石1、0· 45kg的石膏1，與I. 30kg的粉煤灰I混合在一起,在試驗(yàn)球磨機(jī)中磨細(xì)至80μηι方孔篩的篩余為8_12%。將生料粉加入1%的自來水,攪拌均勻放入內(nèi)徑為8cm，深2cm的圓形磨具中，利用小型壓力機(jī)壓制成料餅，將料餅在烘箱中于100°C下烘干。每次取10塊料餅，放入預(yù)先升溫到1320°C的試驗(yàn)電爐中煅燒60分鐘， 直至所有料餅全部燒完。煅燒后的熟料利用風(fēng)扇吹冷至室溫。三種原料的重量百分組成為65. 0%石灰石1,26. 0%粉煤灰1,9. 0%石骨I。其化學(xué)成分見表I所示。表I三種原料的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，其特征在于，它具有如下重量百分比的礦物組成25-30% 的 β 型 C2S ;25-30% 的 型 C2S ;28_40% 的 C4J3互；4-12% 的 C4AF ;4_8% 的非晶相物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，其特征在于，所述 型C2S占 型C2S和β型C2S總重的百分比大于或者等于50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，其特征在于，該熟料的Cm值控制在O. 95 I. 05的范圍內(nèi)；f_CaO值控制在-O. 5 O. 5的范圍內(nèi)，f-S03值控制在I. O 5.0范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性貝利特水泥熟料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟I)利用立磨或者球磨機(jī)，將由重量百分比為55-65%的石灰石，26-30%的含鋁工業(yè)固體廢渣，9-15%的石膏組成的混合料，粉磨至80 μ m方孔篩的篩余為8-12%，得到生料2)將得到的生料粉，在1300-1380°C的溫度范圍內(nèi)，在氧化氣氛下煅燒30-60分鐘，直至所有礦物完全形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，其特征在于，所述含鋁工業(yè)固體廢渣是氧化鋁重量含量為30%以上的粉煤灰或者鋁土礦選礦尾礦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，它具有如下重量百分比的礦物組成25-30％的β型C2S；25-30％的à型C2S；28-40％的4-12％的C4AF；4-8％的非晶相物質(zhì)。熟料中C2S的不同形態(tài)的控制和數(shù)量的變化，主要通過熟料配料率值的特殊設(shè)定而控制。本發(fā)明還公開了上述活性貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法。本發(fā)明和傳統(tǒng)普通硅酸水泥熟料相比，原料中使用了更多的工業(yè)固體廢渣，降低了生產(chǎn)成本，大幅度減少了石灰石的使用比例，顯著降低了熟料生產(chǎn)中二氧化碳的排放量。獲得的熟料在需水量、凝結(jié)時(shí)間和普通硅酸水泥熟料基本相同的情況下，強(qiáng)度優(yōu)于普通硅酸水泥熟料。
文檔編號(hào)C04B7/32GK102584045SQ20121002240
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者俞為民, 刁江京, 單丹, 吳秋生, 姚丕強(qiáng), 李振華, 王偉, 陶從喜, 韓輝 申請(qǐng)人:中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司天津分公司, 天津中材工程研究中心有限公司