[发明专利]硫铝酸盐-镁铝尖晶石胶凝材料及制备方法、系统和应用

说明书

本发明属于资源循环利用和先进无机非金属材料技术领域，具体涉及硫铝酸盐‑镁铝尖晶石胶凝材料及制备方法、系统和应用。主要由硫铝酸四钙、硅酸二钙和镁铝尖晶石组成，镁铝尖晶石的质量分数不低于20％。采用富氧煅烧对二次铝灰进行脱氮、脱盐、脱氟处理获得煅烧铝灰，将煅烧铝灰与脱硫镁渣、白云石尾矿、电石渣混合后煅烧，即得；所述富氧煅烧为外热式的加热方式。本发明提供的胶凝材料兼具有快硬、早强的水泥功能，同时在大体积浇筑中具有抗热震性，在高温下无裂纹产生。同时本发明能够实现电石渣、镁法脱硫副产物、二次铝灰向高值化硫铝酸盐‑镁铝尖晶石特种胶凝材料转化，大大降低特种胶凝材料的生产成本。

技术领域

本发明属于资源循环利用和先进无机非金属材料技术领域，具体涉及硫铝酸盐-镁铝尖晶石胶凝材料及制备方法、系统和应用。

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。

破解量大、面广、害多的白云石尾矿、菱镁矿尾矿、镁渣、镁法脱硫副产物等镁资源在开采-冶炼-利用整个过程中产生的各类含镁废渣资源化利用的难题，是推动镁资源绿色发展和生态文明建设的重大任务。镁产业链产生的各类固废之所以难以完全蜕变为资源，存在固废本身和技术路径两方面的瓶颈：(1)固废本身种类多、成分杂、性状劣，处置利用的成本高，衍生产品的性能差，因此固废本身的属性和价值有待突破；(2)常规固废资源化路径多是拘泥于单一固废寻找价值挖掘途径，技术束缚性强，亟待突破具有根本创新性的固废资源化工艺技术。

含镁废渣低碳制备宽域成分特种胶凝材料或是其高值化、规模化、无害化利用的途径之一。特种胶凝材料作为重点工程领域的“关键”材料，其中以硫(铁)铝酸盐(SAC/FAC)、铝酸盐(CA)、磷酸镁系(MPCs)为代表的特种胶凝材料，因其早强、高强、耐高温、耐腐蚀等优良特性，被视为重大特殊工程的首选材料。然而，传统SAC/FAC、CA、MPCs材料对原材料铝矾土、菱镁矿的品位要求严格，同时磷酸镁胶凝材料制备过程中能源消耗大、CO₂排放量高，上述问题限制了传统特种胶凝材料的大规模应用。

另外，发明人研究发现，现有的硫铝系胶凝材料水化产物主要是钙凡石，该矿物在100～120℃条件下即分解，因此在进行大体积浇筑过程中，硫铝酸盐熟料水化放热过程中，热量难以被释放出来，而在浇筑体内集中放热，使浇筑体温度升高，并易达到钙凡石分解温度，因此硫铝酸盐特种胶凝材料难以大体积浇筑。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供硫铝酸盐-镁铝尖晶石胶凝材料及制备方法、系统和应用，本发明提供的胶凝材料兼具有快硬、早强的水泥功能，同时在大体积浇筑中具有抗热震性，在高温下无裂纹产生。同时本发明能够实现电石渣、镁法脱硫副产物、二次铝灰向高值化硫铝酸盐-镁铝尖晶石特种胶凝材料转化，大大降低特种胶凝材料的生产成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种硫铝酸盐-镁铝尖晶石胶凝材料，主要由硫铝酸四钙、硅酸二钙和镁铝尖晶石组成，镁铝尖晶石的质量分数不低于20％。

为了解决硫铝酸盐特种胶凝材料难以大体积浇筑的问题，本发明采用镁铝尖晶石与硫铝酸四钙、硅酸二钙复合，由于镁铝尖晶石具有较高的抗热震性、耐高温性能、热变形率低等优点，因此在固废基硫铝酸盐-镁铝尖晶石特种胶凝材料体系兼具有快硬、早强的水泥功能。同时，经过实验表明，当胶凝材料中镁铝尖晶石的质量分数不高于10％时，形成的凝胶材料在大体积浇筑中不具有抗热震性，而当胶凝材料中镁铝尖晶石的质量分数不低于20％时，在大体积浇筑中具有抗热震性，在高温下无裂纹产生。

硫铝酸盐-镁铝尖晶石胶凝材料可以通过硫铝酸盐水泥熟料与镁铝尖晶石进行掺混获得，但是需要将硫铝酸盐水泥熟料与镁铝尖晶石混合极为均匀，才能达到相应效果。若混合不均匀，则会导致性能下降。