[发明专利]一种硫酸钙镁复盐胶结料及其制备方法和应用

说明书

一种硫酸钙镁复盐胶结料及其制备方法和应用；所述复盐胶结料包括下述组份：硫酸钙镁复盐、活性氧化镁和矿物粉末；其中硫酸钙镁复盐是窑炉烟气脱硫过程排出的脱硫钙镁复盐粉末，或是用白云石处理工业废硫酸形成的废酸钙镁复盐粉末，或是工业副产石膏原渣在硫酸镁存在下受热脱水后的石膏基钙镁复盐粉末；其他矿物粉末包括粉煤灰、石灰石粉、白云石粉、建筑石膏等。本发明不但提供了烟气脱硫产物、工业废硫酸和磷石膏的经济高效利用的新技术，而且制备的复盐胶结料具有优异的物理力学性能，其突出特征是凝结快、强度高、耐水性好，取得了环保、经济、新材料等多重社会效益。本发明硫酸钙镁复盐胶结料制备方法简单易行，能耗低。

技术领域

本发明涉及一种硫酸钙镁复盐胶结料及其制备方法和应用，属于无机胶凝材料和建筑材料领域。

背景技术

在无机胶凝材料领域，一般分为水硬性和气硬性胶凝材料两类。商业化的硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥等水泥属于水硬性胶凝材料；各种建筑石膏属于气硬性胶凝材料。它们的本质区别是：水硬性胶凝材料的主要水化物在水中是高度稳定的，因此，这类水泥和水拌制的浆体可以在水中发展并保持其微结构和物理力学性能；而气硬性胶凝材料的主要水化物的水稳定性差，是可溶的，因此，这类胶凝材料和水拌制的浆体只能在干燥的空气中发展并保持其微结构和物理力学性能。各种水泥具有很好的凝结硬化、强度和耐久等工程性能，被广泛用于各种基础设施建设，但是，水泥的制造过程消耗大量能量，同时还排出大量CO₂气体，污染大气环境。例如，全球产量最大的硅酸盐水泥，其生产能耗占全球总能耗的3％，CO₂气体排放量占全球总量的5％(生产1吨水泥约排放0.87吨CO₂气体)。因此，为了保护地球的生态环境，世界各国均在探求低碳和低能耗水泥(cement)或胶结料(binder)及其制造新技术。例如，中国专利CN201610841814.7公开了一种利用磷石膏代替石灰石烧制硫铝酸盐水泥熟料、减少CO₂气体排放的技术方案，

建筑石膏的生产能耗低，且几乎不产生任何有害气体，因为建筑石膏的主要胶凝物质是由二水硫酸钙在120～180℃下受热脱水后、生成的β型半水硫酸钙。另一方面，除了天然石膏可作为二水硫酸钙的来源外，烟气脱硫石膏和磷石膏、钛石膏、芒硝石膏、氟石膏、柠檬酸石膏等工业副产石膏也是以二水硫酸钙为其主要成分。我国约年产1.7亿吨工业副产石膏，将它们经过适当处理后可以用于制造建筑石膏，因此，建筑石膏是一种低碳、低能耗的胶结料。但不幸的是建筑石膏是一种气硬性胶结料，硬化石膏浆体的强度较低，且因凝结反应生成的二水硫酸钙晶体水溶解度较大，在水中或潮湿环境中不能保持其几何形状和物理力学性能。因而，建筑石膏在土木和建筑工程中的应用非常有限。这导致了工业副产石膏的综合利用率不足30％，亦即，每年约有1.2亿吨的工业副产石膏被堆放储存，这不但造成资源浪费，同时，工业副产石膏中含有一些可溶性酸性物质，堆放存储中这些酸性物质会污染水土环境。所以，如何提高以硫酸钙为主要物相的胶凝材料的力学性能和耐水性是无机胶凝材料领域的科技难题；工业副产石膏的综合治理和利用是生态环境保护、资源利用领域的科技难题，为此，各国均在寻求利用硫酸钙或工业副产石膏基新型胶结料的原理和技术。我国1975年发明的硫铝酸钙水泥是利用硫酸钙生产高强、耐水的水硬性水泥的实例，例如，中国专利CN97116488.6公开了一种利用磷石膏代替天然石膏生产快硬低碱度硫铝酸钙水泥的方案，磷石膏占水泥质量的30～40％。但硫铝酸盐水泥的生产需要较高品位的铝矾土作为关键原料，而铝矾土不但是氧化铝和电解铝工业的重要原料，而且储存量不丰富，分布区域较少，因此，这一技术发明的推广应用也受到较大限制。中国专利CN201610034309.1公开了一种利用低品位铝矾土制备低碳水泥熟料的技术方案，但硫酸钙占水泥质量的比例不足15％。因此，如何利用硫酸钙作为主要原料生产低碳、低能耗胶结料仍是一个难题。