[发明专利]无机水泥熟料、其制备方法以及包含所述熟料的无机水泥

说明书

技术领域

本发明涉及在土木工程和建筑中广泛使用的水泥的制备，更具体地说，本发明涉及无机水泥熟料、其制备方法以及使用所述无机水泥熟料的无机水泥，所述无机水泥熟料通过如下制得：以在熔炼炉如高炉、转炉、电炉等中作为炼钢过程中的副产物产生的、温度为1000℃以上的热熔渣作为主要原料，使用所述熔渣自身的热量作为熔化原料所需的主要热源。

背景技术

由于可归因于二氧化碳(CO₂)增加的全球变暖和异常温度现象，所以对降低CO₂的关注在全世界不断增加。具体来说，在炼钢厂和水泥制造厂中产生大量CO₂。因此，钢铁制造商和水泥制造商已进行了各种努力以降低CO₂，但是还没有提出能够显著减少CO₂的方法。CO₂的增加是由于钢铁工业中的还原过程以及水泥工业中的石灰石脱羧和燃料例如煤等的燃烧。特别地，因为CO₂由作为主要原料的石灰石的脱羧而产生，因此不改变主要原料就不可能减少CO₂。

将参考图1对生产水泥的常规方法进行详细描述。参考图1，根据水泥熟料系数(例如LSF、SM、IM)将作为主要原料的石灰石、硅石、粘土和含铁原料组合。根据原料的质量等级，其组合比在每个水泥厂中是不同的，但一般来说，原料的组合比为：85～95重量份的石灰石、0～5重量份的硅石、0～7重量份的粘土和0～5重量份的含铁原料。特别地，用作水泥主要原料的石灰石包含75～95重量份的CaCO₃。在生产水泥时，首先通过脱羧过程将石灰石中包含的CaCO₃分解成CaO和CO₂。其中，在后续工艺中只将CaO用于生产水泥，而CO₂被排放到空气中。在这种情况下，在脱羧过程期间排放到空气中的CO₂量为每吨石灰石约0.30～0.42吨。此外，在制备水泥熟料时，由于在煅烧过程期间所需的燃料消耗(煤、特别是烟煤的燃烧或石油的燃烧)，所以附加地向空气中排放CO₂。也就是说，在常规水泥工业中，以包含在石灰石中且作为制造水泥所必需的CaO的主要来源的CaCO₃的总量为100重量份，其中约56重量份形成CaO然后被用于后续工艺中，约44重量份形成CO₂然后被排放到空气中。此外，在煅烧过程中为了提高原料温度所消耗的燃料的燃烧(煤、特别是烟煤的燃烧或石油的燃烧)中，也产生大量CO₂。一般来说，其中形成和生长了硅酸三钙(3CaOSiO₂)、硅酸二钙(2CaOSiO₂)、铝酸盐(3CaOAl₂O₃)和铁素体(4CaOAl₂O₃Fe₂O₃)晶体而使得水泥可以用作无机粘合剂的煅烧过程所需的最高温度是1450～1500℃。因此，在常规的水泥制造技术中，脱羧过程和煅烧过程是必定需要的，并由此通过这些过程产生了大量CO₂。

一般来说，约80重量份所制造的水泥形成为CO₂，考虑到每年水泥的国内产量是45,000,000吨，这意味着每年仅在国内水泥工业中就产生约36,000,000吨CO₂。也就是说，水泥工业是产生大量CO₂的典型工业。因此，迫切需要开发能够降低CO₂产生和燃料消耗的水泥制造技术。

同时，在钢铁工业中产生的大部分矿渣，除了水淬渣之外，被填埋或用作路基材料。因此，也需要将钢铁工业中产生的矿渣改变成高附加值产品。特别地，矿渣的化学组分与水泥熟料的化学组分(CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等)类似，并且一部分矿渣具有与水泥熟料相似的组分含量。

发明内容

技术问题

因此，进行了本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供用于土木工程和建筑的水泥，其能够通过极大地降低主要原料石灰石的用量和燃料例如煤等的消耗来减少CO₂。