[发明专利]一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用

说明书

本发明提供一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。本发明的硫铝铁系水泥其原料包括或由高炉渣、脱硫石膏、铝灰和钢渣组成，生料碱度系数为0.81‑0.9。该硫铝铁系水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗等性能优势，尤其是耐海水腐蚀性能特别优异，非常适合用作海洋工程材料，并且本发明使用高炉渣生产的硫铝铁系水泥对原料要求较低，且煅烧温度远低于传统硫铝酸盐水泥，成本可以降低30％左右。

技术领域

本发明涉及固体废弃物利用领域，具体涉及一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当今世界各国在海洋工程建设中都采用通用硅酸盐水泥或改性的硅酸盐水泥，比如通过掺加硅灰、超细矿粉等各类添加剂来增强水泥耐久性。硅酸盐水泥水化产物主要是3CaO·SiO₂、2CaO·SiO₂、3CaO·Al₂O₃和4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃，容易受到海水的腐蚀破坏，导致该种水泥的耐海水腐蚀性能较差，这是海洋工程中水泥混凝土产生腐蚀现象的基本因素。掺加硅灰、超细矿粉等添加剂的改性硅酸盐水泥的耐久性略强于普通硅酸盐水泥，但超细矿粉的研磨要消耗大量能源，掺加硅灰和添加剂会增加水泥的成本，而且改性硅酸盐水泥的性能提升并不明显。

在传统的硫铝酸盐水泥生产中，主要原料为高品质铝矾土、石灰石和石膏，经过生料选择、配料、破碎、粉磨、煅烧(1300-1350℃)和熟料粉磨等一系列环节制备得到硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥熟料主要矿物物相为硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相，要求熟料中Al₂O₃在28～40％wt，而且传统工艺中，为保证固相反应完全、生成有效矿相，需保证生料中高CaO含量，但这也提高了对原料的品质要求，提高了成本。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本申请提供了一种硫铝铁系水泥(高铁硫铝酸盐水泥)、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。

在本发明的第一方面，本发明提供了一种硫铝铁系水泥，其原料包括或由高炉渣、脱硫石膏、铝灰和钢渣组成，生料碱度系数为0.81-0.9。

在本发明的实施方式中，所述高炉渣为高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物；主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。

在本发明的一些实施方式中，所述高炉渣的成分中包括44～54％wt CaO、18～28％wt SiO₂和8～16％wt Al₂O₃。

在进一步的实施方式中，所述高炉渣主要成分为：CaO：48.84％wt，SiO₂：24.66％wt，Al₂O₃：11.37％wt，Fe₂O₃：0.49％wt，MgO：11.4％wt。

在本发明的实施方式中，所述硫铝铁系水泥生料中CaO占32-40重量份、SiO₂占6-12重量份、Al₂O₃占18-26重量份、Fe₂O₃占10-15重量份、SO₃占10-18重量份，其中，铝硫比为1.0-1.8。

本发明将高炉渣作为硫铝酸盐水泥原料大量利用，并且通过生料化学组成和铝硫比等关键参数的控制，突破传统硫铝酸盐水泥生产工艺中的碱度系数要求，可将其降低至0.81-0.9；碱度系数降低减少了水泥生料中CaO的含量，进而降低了对石灰石等高钙原料的依赖。