[发明专利]一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法

说明书

技术领域

本发明属于水泥与建筑材料领域，特别是一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法。

背景技术

凝灰岩是主要由火山岩喷发后的火山灰迁移堆积形成的岩石，其主要化学组成为以氧化硅和氧化铝为主，其次还含有碱金属氧化物及少量铁的氧化物；其组织结构常松散破碎，可包含数微米粒级甚至更小的微粒；除主要物相组成火山玻璃外，还含有较多的包含各种结合水的粘土矿物。凝灰岩作为一种具有火山灰活性的原料，最常应用在水泥混凝土领域（CN102007085A），也可直接用作建筑材料（见CN1087071A）。但经风化淋滤的凝灰岩含蒙脱石高岭石等复杂粘土矿物，往往呈松散的浅色微细粉末状产出。这种原料无法直接应于上述水泥与建材，而用来制备陶瓷又容易导致坯体在煅烧时开裂，作为玻璃原料则铁含量超标。这使其开发应用成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法，其可以低成本预处理风化的凝灰岩原料，然后通过混入常见的廉价原料来制备无熟料水泥。

本发明的实施方案为，一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法，包括以下步骤：

（1）在凝灰岩中掺加碳酸钠或氢氧化钠，一起以任意方式研磨至90%以上的凝灰岩原料的粒径小于0.08毫米，碳酸钠或氢氧化钠的掺入量按照所含Na2O的质量计算，为干燥凝灰岩的0～18%；

（2）磨细的粉体在300～700℃范围内煅烧2～3小时；

（3）煅烧冷却后的烧后土掺加石灰和石膏重新磨至煅烧前的细度。

优化的是，步骤（1）中，在凝灰岩中掺加碳酸钠或氢氧化钠的质量按照所含Na2O的质量计算，为干燥凝灰岩的3～11%。

步骤（3）中，煅烧冷却后的烧后土、石灰和石膏的质量配比为65～80:5~10:10~25，其中石灰与石膏的加量分别按所含Ca(OH)2与CaSO4·2H2O的质量计算。所述石灰指生石灰、熟石灰、含活性CaO的工业废渣中的一种或多种的混合物。所述石膏指天然石膏、硬石膏、建筑石膏、各种工业副产石膏的一种或多种的混合物。 

本发明通过特殊的原料预处理工艺，使富含复杂粘土的风化凝灰岩能象常见的不含粘土的凝灰岩一样，通过利用其火山灰活性来制备无熟料水泥，总体上成本低廉。且通过应用实例足可发现本发明的重要优点。本发明对原料加碱煅烧具有方法简便，工艺参数可调范围大，易于操作，适应性强等特点。可根据具体原料及设备条件灵活调整预处理工艺。其煅烧温度低且煅烧温度和加碱量均可调范围广：既可低温至300度烧成，也可低碱及无碱烧成，因此既可选择不加碱的低成本方法，也可选择低温煅烧的低设备投入方法。

    具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。本发明实施例中所用设备为常规设备，所用原料为常规原料。

某典型的风化凝灰岩的主要物相为微米级的火山玻璃碎屑，其次为少量石英晶屑，由于风化而存在相当多的包括高岭石、伊利石和蒙脱石在内的多种含结构水及层间水的粘土矿物；强烈风化淋滤致使岩性细碎成极细的灰白色松散粉末状，其0.8mm标准筛通过率超过95%。该凝灰岩的化学成分如表1所示。

通过取代表性样品分析确定其吸附水含量，然后按要求均匀掺入适量的碳酸钠或氢氧化钠并充分拌和，在300～700℃范围内调整温度进行煅烧，在设定的最高温度保温2小时后自然冷却。然后将冷却后的烧后土物料掺加适当的石灰与石膏并研磨均匀，通过取样检测细度确定研磨时间，当细度达到0.8mm方孔筛过筛率大于90%时即得到所述的无熟料水泥。按GB/T17671-1999的方法对各实例的水泥胶砂进行养护和强度检测。除按该标准要求检测3天和28天强度外，增加7天抗压强度检测。各实施例的制备条件及相应试块不同龄期的抗压强度数据详见表2。表2中，碳酸钠或氢氧化钠的掺入量为其实际质量，并非所含Na₂O的质量。

 

由表2可知，本无熟料水泥各配方的水泥的7天与28天的抗压强度分别为7～15MPa与8～20MPa，对应的抗折强度分别为1.5～2.5MPa与2.1～4.1MPa；这种无熟料水泥总体上抗压强度比较低，但其强度多数已达到GB/T3183-2003对砌筑水泥的要求（见表2），可应用于建筑抹灰、腻子和砌块等对强度要求不太高的建材行业。