[发明专利]一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥及其制备技术领域，具体涉及一种贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法。

背景技术

当今世界正在飞速发展，人们在物质生活得以改善的同时，越来越关心我们赖以生存的地球，作为用量最大的建筑材料——水泥，对人类社会进步和社会经济发展起着重要作用的同时，也产生了高的能源与资源消耗及温室气体排放，通常普通波特兰水泥，氧化钙含量约为66％，在熟料中占50～70％的阿利特矿物，即硅酸三钙的形成温度约1450℃。该矿物含氧化钙达73.7％，CaCO₃分解耗能占熟料理论热耗的46％左右，导致通用硅酸盐水泥熟料烧成的能耗高；贝利特矿物，即硅酸二钙，温度高于1250℃下即可快速形成，故可在较低的窑炉温度下形成，此外，贝利特含CaO为65.1％，低于阿利特中73.7％的CaO含量，则所需石灰石量减少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应降低；无水硫铝酸钙矿物(3CaO·3SiO₂·CaSO₄)，组成中CaO含量低(36.8％)和形成温度低(1300℃)，而与C₂S—样具有节能和低CO₂排放的特点，且该矿物具有提高早强的特点。为了减少水泥生产过程中的能源消耗和二氧化碳气体排放，国内外大规模兴起对低铝或高硅硫铝酸盐水泥的研究，即贝利特硫铝酸盐水泥系列。

贝利特硫铝酸盐水泥是以β-C₂S(贝利特)为主，无水硫铝酸钙()为辅的低温烧成的低碱度水泥。由于其熟料矿物组成中不含C₃S(阿里特)，因此熟料烧成温度低，能耗较低，其烧成温度为1050℃～1250℃，但所需的原料石灰石、石膏等矿物资源储量有限，开采量过大不利于可持续发展。另一方面，工业废渣中硅、铝质原料：粉煤灰、硫酸渣和煤渣；钙质原料：赤泥、高炉渣、有色金属渣、钢渣和盐泥；以及硫质原料的废石膏等，这些废弃物数量巨大，污染严重，然而现有的生产工艺中，工业废渣的利用率并不高，如粉煤灰利用率仅为30％。

发明内容

发明目的：本发明的低温制备贝利特硫铝酸盐水泥解决了现有的水泥生产工艺中的高能耗以及工业废渣堆积造成的环境问题。

技术方案：为了解决实现上述目的，本发明提供了的贝利特硫铝酸盐水泥的制备方法，以工业废渣、工业石膏为原料，以铝矾土或尾矿铝矾土作为校正料，混合后加水研磨，成型，再进行水热反应，然后破碎，煅烧，粉磨，得到贝利特硫铝酸盐水泥，主要成分为C₄A₃和β-C₂S。

具体的，本发明按照如下步骤进行：

将原料和校正料混合，按水灰比为0.32～0.43加水，混合，研磨2～15h后将料浆倒入模具中，成型后脱模，得到试样；将上述试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～10h；然后破碎，再于在700～1100℃下煅烧60～90min，将煅烧后的试样从高温炉中取出，迅速冷却；粉磨后得到贝利特硫铝酸盐水泥。所述的原料为工业废渣、工业石膏。

上述步骤中的工业废渣包括硅铝质原料和钙质原料，其中硅铝质原料为增钙液态渣、煤矸石或粉煤灰；钙质原料为电石渣、糖滤泥或石灰干化污泥。上述步骤中的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。

上述步骤中原料与校正料的配比为：硅铝质原料：钙质原料：工业石膏：校正料＝8.0～23.5％：36.4～59.0％：21.6～42.1％：1.5～13.7％。

上述步骤中的粉磨，磨至比表面积为350～400m²/kg。

研究中发现，本发明所述的水热反应对于水泥产品的力学性能影响较大，所述的水热反应是将脱模后的试样恒温养护，养护温度为60～150℃，养护时间为3～10h，优选养护温度为115～125℃，养护时间为3～4.5h。煅烧温度优选960℃下煅烧70min。

在配置时，所述的贝利特硫铝酸盐水泥设计矿物成分，按质量百分比计C₄A₃20～47％，β-C₂S：53～80％，最为合适，因为在这个配比范围内，所制得的贝利特硫铝酸盐水泥强度最佳。

有益效果：本发明的低温制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法通过预先的水热反应降低了贝利特硫铝酸盐水泥的烧制温度，降低了能耗，通过合适的配比及工艺改善贝利特硫铝酸盐水泥的性能，实现了在低温下制备低碳的贝利特硫铝酸盐水泥。