[发明专利]高性能的硫-铝渣块

说明书

发明领域

近年来，大气CO₂排放物的水平显著增加且持续快速增长，对气候改变作用明显。水泥工业大量贡献这些排放物，产生约5％。出于这个原因，已经采取了不同的措施，以减少水泥生产的环境影响。

现有技术

在混凝土的生产中，通常使用从波特兰渣块(Portland clinker)中得到的水硬性粘合剂(hydraulic binder)。这些渣块是用在旋转炉中加热到超过1400℃的温度的石灰石、粘土、二氧化硅及氧化铁的细磨混合物来生产的。

以硬结核(hard nodule)的形式得到的焙烧混合物或渣块被冷却且与硫酸钙和其它矿物一起被研磨，以得到水硬性粘合剂或波特兰水泥。

在波特兰水泥中，尤其在短期内，反应性与硅酸三钙石，即渣块的硅酸三钙(通常缩写为C₃S)的固溶体的量有关，在当前的水泥中，该量通常必须高于50％，以符合法规中所描述的规格。为了得到这种渣块，起始混合物必须包含大量的石灰石。

与波特兰水泥的生产相关的CO₂排放物可以分成两个主要类别：由原料的组合物引起的排放物；生产过程固有的由能量和燃料的消耗引起的排放物。

因此，为了减少CO₂排放物，一方面，应减少原料中的石灰石的含量，从而限制性能(这是贝利特水泥的情况)，或应考虑不同于波特兰水泥的系统。

相反，减少生产所需要的能量消耗可引起焙烧温度的降低或增加的工艺效率。在这一点上，已经考虑了各种方法，比如适合降低烧结温度的矿化剂的使用。同时在这种情况下，可以考虑不同于波兰特的系统。

最近，ECRA(欧洲水泥研究院)受世界可持续发展工商理事会(WBCSD)成员CSI(水泥可持续性倡议)的委托起草了题目为“Development of State of the Art-Techniques in Cement Manufacturing：Trying to Look Ahead”的文件，其考虑了适合显著减少水泥生产中的CO₂排放物的所有当前可利用的技术。

在各种解决方案中，形成本发明的主题的类别的基于硫铝酸钙或CSA的水泥被认为是令人感兴趣的。

在这一点上，用于水泥工业的一些标准缩写在下文中陈述，因为它们作为也关于本发明的术语表被用于本说明书中。

术语表

C是指CaO

S是指SiO₂

A是指A1₂O₃

F是指Fe₂O₃

＄是指SO₃

T是指TiO₂

M是指MgO。

在中国已经发展超过30年的这种类型的水泥是以实际上被定义为硫铝酸钙或C₄A₃$，也称为克莱因化合物(Klein′s compound)或ye’elimite的相的存在为特征。存在的其它相通常为C₂S、C₄AF、CA、CA₂、C₁₂A₇、C$和游离石灰。

用于制备CSA的起始原料是石灰(CaO)的源，通常为石灰石；硫酸盐(SO₃)的源，通常为天然石膏或其它过程的副产物，比如磷石膏；氧化铝(Al₂O₃)的源，通常为取决于Al₂O₃含量的高或低等级的铝土矿、高岭土或其它副产物比如鼓风炉炉渣、飞灰。通常，这些是在常规旋转炉中产生的。

已经提出了使用不同的起始原料来生产用于不同应用的硫-铝水泥的许多实例。

专利US3,155,526(Klein)描述了从由C₄A₃$和大量CaO构成的硫-铝渣块(sulfo-aluminous clinker)生产的很多粘合剂。

专利US4,798,628(Mills)描述了氧化铝特别丰富的硫-铝渣块的生产和用途，其包含15-68％的C₄A₃$，及重要含量的铝水泥的其它相，比如CA、CA₂和C₂AS。游离石灰含量被保持低于1％。