[发明专利]锂渣作为促凝剂在低碱硫铝酸盐水泥中的应用

说明书

技术领域  

本发明涉及一种水泥行业的促凝剂技术，具体的说是一种将锂渣作为促凝剂在低碱硫铝酸盐水泥中的应用。

背景技术

碳酸锂渣(锂渣)是硫酸法生产碳酸锂时所产生的废渣,每生产1吨碳酸锂要排出8～10吨锂渣，锂盐厂每年都要排放大量锂渣，占用大量用地，污染环境。还没有见锂渣直接用于生产水泥的报道。

发明内容   

本发明的目的是为了克服硫铝酸盐水泥生产中促凝剂价格昂贵、成本高的难题，提供了一种用锂渣作为促凝剂生产低碱硫铝酸盐水泥的方法，而且能够消解工业固体废料、发展循环经济。

本发明所采用的技术方案如下：

锂渣作为促凝剂在低碱硫铝酸盐水泥中的应用，其特征在于在低碱硫铝酸盐水泥磨料配料时，掺入1%-5%的锂渣作促凝剂，再磨粉成水泥成品。

所述锂渣为生产碳酸锂所产生的废渣，其化学成分包含：SiO₂ 35～38%；CaO 10～15%；Al₂O₃ 30～35%；Fe₂O₃ 0.4～0.6%；MgO 0.2～0.4%；LiO2 0.15～0.25%。

在低碱硫铝酸盐熟料中锂渣掺入量为3%时效果最佳。

硫铝酸盐水泥的水化历程与硅酸盐水泥的水化历程类似，在加水后先出现一个初始的润湿峰，然后进入诱导期，诱导期结束后进入水化加速期，并逐渐过渡到水化减速期。其早期主要的水化产物是AFt和I型CSH凝胶。由于硫铝酸盐水泥中C₄A₃S 的含量和水化速率都大于C₂S，所以早期的水化产物主要是AFt，因此，凡是能促进AFt生成的物质均可加速硫铝酸盐水泥的凝结。

C₄A₃S+2CSH₂+34H→AFt+2AH₃（gel）

C₂S+2H→CSH（I)+CH

AH₃（gel）+3CH=3CSH₂+20H→AFt

在C₄A₃S晶体中，Al³⁺是以Al-O四面体存在的，而AFt晶体中Al³⁺是以Al-O八面体存在的，因此，由C₄A₃S通过液相反应水化形成AFt的过程，就是四配位的Al³⁺向六配位的Al³⁺的转化过程。同时，AFt形成是Al-O八面体[Al(OH)₆]^3-与钙多面体交替排列形成多面柱，然后SO₄^2–进入柱间沟槽平衡正电荷的过程，其中形成速率最慢的[Al(OH)₆]^3–八面体形成过程是AFt形成的控制过程。因此，能加速Al-O八面体[Al(OH)₆]^3–形成和聚合的物质均能加速硫铝酸盐水泥的凝结。

掺入 Li₂CO₃ 时，在水化过程中，它会和硫铝酸盐水泥水化过程中生成的Ca(OH)₂ 反应，生成LiOH，反应式如下：

 Li₂CO₃+Ca(OH)₂→2LiOH+CaCO₃

锂化合物的加入可提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度，OH^–可取代Al³⁺周围的水分子，促进铝的溶解，降低[Al(OH)₆]^3–八面体成核的自由能和晶核的临界尺寸，使得晶核的生成速率增大，该效应有利于[Al(OH)₆]^3–八面体的形成。同时，LiOH是强碱，在水中解离后产生的Li⁺可与OH^–形成四配位结构，该四配位结构可促进[Al(OH)₆]^3–八面体的聚合。

本发明提供的上述锂渣中含有少量碳酸锂，作为促凝剂的应用，来完全取代价格昂贵的碳酸锂，以降低水泥成本、提高产品质量、节约矿业资源、消解工艺废料，为发展循环经济开辟了新途径。同时还达到了消解工业固体废料、保护环境的目的。