制備硫硅鈣石-貝利特-硫鋁酸鈣-熟料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及硫硅鈣石-貝利特-硫鋁酸鈣（鐵酸鹽）-熟料的制備。本發(fā)明還涉及使用替代性原料來制備熟料，所述替代性原料例如基于工業(yè)副產(chǎn)物(主要是低品質(zhì))的原料，例如具有低的玻璃含量和/或高的游離石灰含量和/或高含量的結(jié)晶高溫相的熔渣塊和灰料，以及具有類似化學(xué)組成的天然存在的石材和石材玻璃。
【專利說明】制備硫硅鈣石-貝利特-硫鋁酸鈣-熟料的方法
[0001]本發(fā)明涉及硫硅鈣石-貝利特-硫鋁酸鈣(鐵酸鹽)-熟料(TBC$A(F))的制備。本發(fā)明還涉及使用替代性原料來制備熟料，所述替代性原料例如基于工業(yè)副產(chǎn)物(主要是低品質(zhì))的原料，例如具有低的玻璃含量和/或高的游離石灰含量和/或高含量的結(jié)晶高溫相的熔渣塊和灰料，以及具有類似化學(xué)組成的天然存在的石材和石材玻璃。
[0002]水泥工業(yè)造成全球CO2產(chǎn)量的相當(dāng)大部分。近年來，全世界不斷增長的水泥需求量(尤其是在發(fā)展中國家)以及用于原料、能源和CO2證書的不斷上升的成本導(dǎo)致熟料系數(shù)不斷降低，例如通過添加石灰石粉、飛灰和?；V渣砂作為熟料替代材料。來自其它工業(yè)的副產(chǎn)物和廢品的這種應(yīng)用以及替代粘結(jié)劑的開發(fā)日益成為政治、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)中的關(guān)注焦點。
[0003]在全世界，在熱能廢物處置/能量生成、鋼生產(chǎn)、貴金屬提取等中生成巨大量的在下文中被稱作工業(yè)副產(chǎn)物的材料。根據(jù)品質(zhì)/組成/應(yīng)用領(lǐng)域，可將其部分或全部再用于各種工藝和產(chǎn)物中，例如作為波特蘭水泥的熟料生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)劑，作為混凝土添加劑以及作為浙青和混凝土的骨料等。
[0004]但是，由于各種因素，例如缺乏均勻性(化學(xué)機理和礦物學(xué))和有害物質(zhì)成分(有機物、重金屬等)，工業(yè)副產(chǎn)物的使用并非沒有問題的。尤其是OPC-熟料的下降的反應(yīng)性/品質(zhì)或水泥的不足的體積穩(wěn)定性會導(dǎo)致大量的此類材料每年必須以巨大的花費堆放或用作料堆材料和堆放材料。此類材料的堆放也會遇到困難，例如浸出過程可能導(dǎo)致污染周邊地區(qū)和水域/地下水。
[0005]工業(yè)副產(chǎn)物的使用/處理因此構(gòu)成主要挑戰(zhàn)并且是尚未解決的問題。在將來，盡可能有效和可持續(xù)地利用資源是不可缺少的并具有全球重要性。 [0006]除替代水泥中的熟料和生料混合物中的原料外，還嘗試找出其它水硬性粘結(jié)劑。這些包括硫鋁酸鹽水泥和含有貝利特作為主要組分的水泥。
[0007]為了簡化進(jìn)一步描述，使用水泥工業(yè)中常見的下列縮寫:H-H20，C - CaO,A - Al2O3, F - Fe2O3, M - MgO, S - SiO2 和 $ - S03。
[0008]為了簡化進(jìn)一步描述，化合物通常以其純形式標(biāo)示，而沒有明確陳述混合系列/雜質(zhì)離子替代等，因為它們是技術(shù)和工業(yè)材料中常規(guī)的。本領(lǐng)域任何技術(shù)人員理解，在本發(fā)明中具名提及的相的組成由于被各種雜質(zhì)離子替代而可變，其取決于生料的化學(xué)機理和生產(chǎn)類型，其中此類化合物同樣被本發(fā)明的保護(hù)范圍涵蓋。
現(xiàn)有技術(shù)
[0009]在工業(yè)上，硫鋁酸鈣-水泥通常通過均化的細(xì)微分布的天然原料，如石灰石、鋁土礦、石膏/半水合物/硬石膏、富鋁粘土和SiO2源在回轉(zhuǎn)爐中在1100°C至1350°C的燒結(jié)制備并具有與波特蘭水泥相比明顯不同的化學(xué)機理和相成分。表1中比較了波特蘭水泥(OPC)和硫鋁酸鹽水泥(BC$AF)中存在的相。在硫鋁酸鹽水泥中，不同的工業(yè)副產(chǎn)物，如礦渣砂和飛灰也可以添加到生料中。
[0010]硫鋁酸鈣-水泥的決定性的水硬活性成分是具有下列組成的化合物的(混合)晶體:3 Ca0.3 Al2O3.CaS04_3 Ca0.3 Fe2O3.CaSO4 (C4A3$_C4F3$ ;硫鋁酸鹽-硫鐵酸鹽，Ye’ elimit)，其在與水?dāng)嚢韬蟛⒃诳扇苄粤蛩猁}和附加鈣載體存在下反應(yīng)形成鈣礬石，3 Ca0.(Al203/Fe203).3 CaSO4.32 H2O以及不同的單相。形成的(水合物)相(例如鈣礬石[AFJ、單相[AFm]等)可以結(jié)合并持久固定大量不同的(有害)物質(zhì)，例如通過引入到水合物相的晶體結(jié)構(gòu)中、積聚在顆粒表面、固定在水泥膠料中、例如作為氫氧化物/碳酸鹽沉淀出來等。硫鋁酸鈣-水泥的另外兩種水硬活性相是硅酸二鈣(C2S)和鐵鋁酸四鈣(C4AF),但它們主要有助于最終強度。
[0011]表1:與BC$AF比較的OPC的化學(xué)機理和礦物學(xué)
【權(quán)利要求】
1.通過燒結(jié)含有CaCKAl2O3(Fe2O3),SiO2和SO3源的生料混合物而制備水硬反應(yīng)性熟料的方法，其特征在于， 所述生料混合物在> 1200°C至1350°C的溫度范圍燒結(jié)足以將所述生料混合物轉(zhuǎn)化成熟料中間產(chǎn)物的時間， 所述熟料中間產(chǎn)物在1200°C至750°C的下限的溫度范圍退火足以獲得所希望的量的C5S2S以及足以用存在的c$將一定量的招酸鹽相和聞鐵酸鹽相和原料的結(jié)晶聞溫相的殘余物轉(zhuǎn)化成額外的C4(AxF^)3S和C5S2$的時間， 并冷卻以下列比例包含主要組分C4 (AxF1J (Q ； (6) C2S和C5S2S的熟料 ?C5S2S以重量計5至75% ?C2S以重量計I至80% ?C4 (AxF1^x) 3$ 以重量計 5 至 70% ?次要相以重量計O至30%， 其中X為0.1至I的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，選擇天然原料，例如石灰石、鋁土礦、粘土/粘土石、玄武巖、金伯利巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、碳酸巖、硬石膏、石膏等，和/或工業(yè)副產(chǎn)物，例如料堆材料和堆放材料、高和低品質(zhì)的灰料和熔渣、陶瓷殘余物、脫硫泥漿和/或磷石膏作為用于所述生料混合物的CaCKAl2O3(Fe2O3)、SiO2和SO3的源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，選擇鋁土礦、粘土和/或Al2O3(Fe2O3)含量為以重量計至少5%、優(yōu)選≤10%和更優(yōu)選≤15%的工業(yè)副產(chǎn)物和殘余物作為Al2O3(Fe2O3)源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的至少之一的方法，其特征在于，所述一種或多種次要相的種類和量通過重量比例Ca0/Al203 (Fe2O3)、Ca0/Si02和硫酸鹽載體在所述生料混合物中的含量來控制，其中所述次要相，例如硅酸鈣、硫酸鹽、鋁酸鈣、尖晶石、黃長石屬的物質(zhì)、方鎂石、游離石灰、石英和/或玻璃相，以以重量計0.1至30%、優(yōu)選5至20%和更優(yōu)選10至15%的含量存在。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的至少之一的方法，其特征在于，所述水硬反應(yīng)性熟料含有以重量計最多20%、優(yōu)選< 15%和更優(yōu)選< 10%的一種或多種選自堿金屬和堿土金屬和/或過渡金屬和/或金屬和/或準(zhǔn)金屬和/或非金屬的次要元素和/或其化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的至少之一的方法，其特征在于，使用工業(yè)副產(chǎn)物和工藝粉塵作為用于調(diào)節(jié)所述生料混合物的調(diào)節(jié)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的至少之一的方法，其特征在于，將所述生料混合物研磨成1500 至 10000 cm2/g、優(yōu)選 2000 至 4000 cm2/g 的細(xì)度(根據(jù) Blaine)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至9的至少之一的方法，其特征在于，如此選擇所述生料的組成、調(diào)節(jié)劑的含量、燃燒條件和退火的控制，從而更多地生成C5S2$和替代β -C2S的反應(yīng)性C2S變體，例如α-變體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至10的至少之一的方法，其特征在于，所述熟料與或不與以堿金屬和/或堿土金屬硫酸鹽形式、優(yōu)選以石膏和/或半水合物和/或硬石膏形式的硫酸鹽載體一起，研磨至2000至10000 cm2/g范圍、優(yōu)選3000至6000 cm2/g范圍和特別優(yōu)選4000至`5000 cm2/g范圍的細(xì)度(根據(jù)Blaine)。
【文檔編號】C04B7/32GK103874669SQ201280040095
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月18日
【發(fā)明者】F.布勒雅恩, D.施密特, M.本哈哈 申請人:海德堡水泥公司