[发明专利]用于硫铝酸钙水泥的熔剂/矿化剂

说明书

本发明涉及用于生产硫铝酸钙(贝利特、铁酸盐)基熟料和水泥类型(CSA(B,F,T))的方法。本发明进一步涉及由所述熟料生产的硫铝酸钙基水泥和包含所述水泥的粘合剂。

为了简化下面的描述，将使用水泥工业中常见的下列缩写：H–H₂O、C–CaO、A–Al₂O₃、F–Fe₂O₃、M–MgO、S–SiO₂和$–SO₃。此外，化合物通常表示为其纯形式，而没有明确地说明固溶体系列/杂质离子替代等，因为它们在技术和工业材料中是常规的。如本领域任何技术人员会理解，在本发明中具名提及的相的组成由于被各种杂质离子替代而可变，其取决于生料的化学和生产类型，其中该类化合物同样被本发明的范围涵盖。

在本发明上下文中，熟料应当是指一种烧结产物，其通过在升高的温度下燃烧原料混合物得到和含有至少水硬反应性相ye'elimite (水泥化学家符号为Ca₄(AlO₂)₆SO₄或C₄A₃$)。水泥表示在添加或不添加其它组分的情况下研磨的熟料。粘合剂或粘合剂混合物表示一种混合物，为水硬性硬化的和包含水泥和通常但不是必需的额外的磨细的组分，并且其在添加水、任选掺和物和聚集体之后使用。熟料可以已经含有所有必需或期望的相且在研磨为水泥之后直接用作粘合剂。

已知水泥工业消耗大量原料和能量。为了降低环境影响，已经提倡工业废料作为原料和燃料以代替天然可得的原料用于制造。由现有技术进一步已知使用熔剂和矿化剂用于生产波特兰水泥熟料。熔剂和矿化剂定义为早已在烧结过程中的较低的燃烧温度下就分别促进形成熔体和预期的熟料相的材料，由此允许降低烧结温度或在相同的温度下增加转化率。熔剂和矿化剂之间的区别一般并不严格适用，因为许多材料显示出该两种作用。GB 1 498 057是使用熔剂/矿化剂制造熟料的方法的实例。根据该方法，在原料混合物(raw mix)制备过程中添加氟和硫，其通常为萤石(CaF₂)和石膏(CaSO₄ ● 2H₂O)形式。

氟化钙是水泥工业中使用的典型的熔剂，用于降低波特兰水泥(OPC)熟料燃烧的温度。水泥制造商通常在原料混合物制备过程中添加氟化钙以生产白色水泥，优化灰色水泥的生产和降低CO₂排放。

硫酸钙是对于OPC而言已经获得实践重要性的另一种熔剂/矿化剂。如众所周知，水泥工业还使用硫酸钙(天然石膏、化学石膏和无水石膏)作为凝固调节剂(setting regulator)(典型添加比率为3-5%)，在熟料研磨时将其加入。

备选水泥的研制已是除了优化波特兰水泥制造之外的另一个焦点。在过去的35年左右，已经研究了节能或“低能”水泥。为此，研究了硫铝酸钙和贝利特水泥。

硫铝酸钙水泥或熟料主要含有ye'elimite的同质多象变体。根据使用的原料和应用的燃烧温度，它们一般还含有贝利特、铁酸盐和/或铝酸盐、无水石膏和可以进一步含有ternesite，见例如WO 2013/023728 A2。硫铝酸钙水泥的制造是已知的。通常将原料以合适的量混合、研磨并在窑内燃烧以得到熟料。通常，所述熟料接着与硫酸盐和任选的一些或所有其它组分一起研磨以得到水泥。也可以单独研磨和当所述组分的可磨性很大程度上不同时可能是有利的。所述硫酸盐可以是石膏、半水石膏(bassanite)、无水石膏、ternesite或它们的混合物，其中常用无水石膏。CSA(B)水泥在比波特兰水泥更低的温度下生产并需要较少的研磨能量。另外，它们需要比波特兰水泥少的在原料混合物中的石灰石，因此存在较少的CO₂排放。

由现有技术已经知道使用工业副产物(例如炉渣、灰烬)作为用于硫铝酸钙水泥的代用原料。

一个重要的方面是熟料形成的最佳温度和预期的熟料相的热稳定性之间的相关性。Ye’elimite (C₄A₃$)在至高达约1250℃的温度通常是稳定的。在更高的温度下像例如在1300 °C以上通常观察到更快的C₄A₃$形成但是接着是快速分解。在1350℃下该过程甚至更明显。相C₅S₂$显示出类似的行为但是在约1100-1200℃的显著更低的温度下。