[发明专利]一种含有硅钙渣的胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种胶凝材料，特别是涉及一种含有硅钙渣的胶凝材料及其制备方法。 

背景技术

硅钙渣是从高铝粉煤灰提取氧化铝后剩余的残渣。目前，国内对高铝粉煤灰已实现工业化应用的是内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司所开发的预脱硅-碱-石灰烧结法(专利公开号：CN 102249253A)，其首先利用碱对粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅液和粉煤灰；然后向脱硅液中加入石灰乳反应生成硅酸钙后，经脱碱得到活性硅酸钙，同时向粉煤灰中加入碳酸钠、石灰石等，经焙烧形成熟料后，再经一系列后续处理即生成氧化铝。该方法在生产1吨Al₂O₃的同时，伴随着产生2.2～2.5吨主要成分为β-硅酸二钙(β-Ca₂SiO₄，简称β-C₂S)的硅钙渣。 

预脱硅-碱-石灰烧结法形成的硅钙渣中通常残留有2～4.5％的可溶性碱(Na₂O)，其具有很强的污染性，特别是对土壤和地下水的污染极其严重，并且在大量堆存时必须对堆场进行防渗处理，因而如何有效处理大量的硅钙渣成为高铝粉煤灰提铝产业亟需解决的问题。 

硅钙渣与水泥熟料成分接近，因此其可作为水泥混合材料使用。然而，由于硅钙渣中碱含量过高，直接使用会导致碱骨料反应的发生，从而造成混凝土开裂和后期强度降低。目前，有少量研究利用脱碱后的硅钙渣制备水泥熟料，例如公开号为CN 101591150A的中国发明专利申请中公开一种利用硅钙渣和电石渣生产硅酸盐水泥的方法，其利用电石渣对硅钙渣进行脱碱反应，并对生料进行高温煅烧后获得水泥熟料，再将其与脱硫石膏进行粉磨，制得硅酸盐水泥。该方法工艺相对复杂、并且成本高，特别是高温煅烧会降低硅钙渣的活性，使其没有得到充分利用。 

公开号为CN 103145357 A的中国发明专利公开了一种硅钙渣复合水泥 及其混合材，该混合材是将硅钙渣、沸石粉和粉煤灰混合后粉磨，冷却至低于20℃后，再与木质素磺酸钙混合制得；该硅钙渣复合水泥包括水泥和占复合水泥总量30～40％的混合材。在使用过程中，复合水泥中的沸石粉发生水化反应，吸收、固化硅钙渣内部的碱金属离子。然而，该复合水泥仅少量添加硅钙渣，其并没有对硅钙渣中的β-C₂S和碱进行合理利用。 

发明内容

本发明提供一种含有硅钙渣的胶凝材料及其制备方法，用于解决现有技术中硅钙渣水泥制备工艺复杂、成本高、硅钙渣添加量少、没有对硅钙渣中的β-C₂S和碱进行合理利用等技术缺陷。 

本发明提供一种含有硅钙渣的胶凝材料，按照重量百分含量包括如下组分：硅钙渣30～65％，粉煤灰5～40％，水泥熟料10～30％，粒化高炉矿渣5～30％，石膏3～10％，添加剂0.5～3％。 

进一步地，本发明提供的含有硅钙渣的胶凝材料，按照重量百分含量包括如下组分：硅钙渣45～55％，粉煤灰10～15％，水泥熟料20～25％，粒化高炉矿渣5～15％，石膏3～6％，添加剂0.5～2％。 

本发明所述硅钙渣是高铝粉煤灰提取氧化铝后剩余的残渣，主矿物成分为β-C₂S，例如其可以是公开号CN 102249253A的发明专利中形成的硅钙渣。特别是，本发明所述硅钙渣的矿物成分按照重量百分含量包括：β-硅酸二钙(β-C₂S)45～65％，钙铝榴石(3CaO·Al₂O₃·xSiO₂)15～20％，方解石(CaCO₃)10～15％，铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃·nH₂O)5～10％；其化学成分按照重量百分含量包括：SiO₂15～28％，CaO40～53％，Al₂O₃4～9％，Na₂O2～4.5％，Fe₂O₃1.5～4％。 

本发明所述粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，例如其可以是大唐国际托克托发电股份有限公司所形成的粉煤灰；所述粒化高炉矿渣(以下简称为矿渣)是高炉冶炼生铁时所得的以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物经淬冷成粒后所形成的残渣；所述水泥熟料、石膏均为本领域的常规原料。