一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料的方法。在不添加萤石的条件下，利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多元体系制备阿利特-硫铝酸盐水泥熟料，由以下步骤获得：(1)碱度系数[(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)]为1.42，铝硫比Al2O3/SO3为1.73；(2)石灰石75～80％，砂岩5～7％，粉煤灰1～2％，低品位铝矾土6～10％，石膏5～8％混合均匀，压片，放入高温炉进行烧制；(3)在低温炉950℃下保温30min，直接转至1450℃的高温炉内，保温40min，随炉降温至1300℃，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，得到C3S和共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多元体系水泥熟料，具有早期强度高，后期强度无倒缩的优点。
【专利说明】一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O 3-SO3多元体系烧制阿利特-硫铝酸盐 水泥熟料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 水泥工业是能源、资源消耗密集型工业，是矿石需求量、CO2排放较大的重点行业 之一，随着环境问题的日益突出，我国高度重视节能减排工作，而降低水泥生产过程中的能 量消耗，减少二氧化碳排放，对于节能减排具有重要意义。减排主要体现在降低CaCO 3用量， 节能主要是指降低熟料煅烧温度，减少矿石用量，利用工业废渣代替自然资源。而在保证节 能减排的前提下，如何制备出性能好的水泥也是水泥行业实现绿色建材所要考虑的问题之 〇
[0003] 在多元体系中，前人已经制备了多种高性能水泥，如贝利特-硫铝酸盐水泥。但是 利用CaO-SiO 2-Al2O3-Fe2O3-SO 3五元体系制备阿利特-硫铝酸盐水泥方面其相关研究较少， 这是由于很难实现C3S相和C 4AiS相共存。阿利特-硫铝酸盐水泥将普通硅酸盐水泥和硫 铝酸盐水泥相结合，同时含有C 3S相和C4AiI相，它不仅解决了普通硅酸盐水泥早期强度 偏低，烧成温度较高的问题，同时也克服了硫铝酸盐水泥后期强度增进率低，甚至倒缩等缺 点；由于C 3S相在1400°C开始大量形成，而C4AiS相在1200?1300°C形成，超过1350°C时 开始分解，为了实现二者共存，在现有的技术中，通常采用添加助熔剂和矿化剂的方法来降 低C 3S相的形成温度，如通过添加萤石来实现C3S相和C4AiS相共存。
[0004] 萤石作为一种矿化剂，能够降低炉料的烧结温度，但是萤石硬度较低，且性脆，使 得掺入萤石的混凝土其硬度和韧性都有所下降；同时萤石的掺入增加了 HF等诸多毒性氟 化物的产生，这对环境造成了很大的危害，因此在不添加萤石的条件下研制出性能不变的 阿利特-硫铝酸盐水泥是非常有意义的。本发明是在不添加CaF 2的条件下通过先升温形 成C3S相然后降温重新形成C4Aj湘，实现C 3S相和C4.\:S相的共存，这对水泥行业环境友 好的目的做出了巨大贡献，同时在现有技术中也是少之又少的。
[0005] 前人对阿利特-硫铝酸盐水泥形成过程的动力学研究中采用先将温度升高至 1450°C，然后使其降至低温，从低温继续加热至C 4Aj;相形成的方案，该方案在制备过程 中耗费了大量的能源，不符合水泥行业节能减排的要求，因此本发明基于该动力学研究的 基础，在温度升高至1450°C后直接降温至1300°C，保温40min得到阿利特-硫铝酸盐水 泥。因此该发明在不采用萤石，降低节省能源方面具有重要意义，同时该结果对于利用 CaO-SiO 2-Al2O3-Fe2O3-SO 3多元体系制备阿利特-硫铝酸盐水泥有着很大的作用。
【发明内容】
[0006] 本发明利用CaO-SiO2-Al2O3-Fe 2O3-SO3多兀体系在不添加萤石的条件下制备阿利 特-硫铝酸盐水泥，主要通过对原料配比，烧制方案的改变来实现。该制备方案采用先升温 后降温的方案成功制备出目标产物，同时目标产物中游离氧化钙较低，这对水泥熟料后期 的安定性具有良好的影响。
[0007] 本发明是通过如下的技术方案来实现的：
[0008] 本发明利用石灰石，砂岩，粉煤灰，低品位铝矾土，以及石膏作为实验原材料，对 其进行粉磨，至粒径小于〇· 〇8mm ;按照碱度系数[(Ca0+Mg0V(Si02+Al203)](质量比）为 1. 42,错硫比（质量比）A1203/S03为1. 73进行配料,实验原材料的含量按重量计,包括：
[0009] 石灰石75?80%,
[0010] 砂岩 5 ?7%,
[0011] 粉煤灰1?2%，
[0012] 低品位铝矾土 6?10%，其中Al2O3质量百分比为42. 2?46. 5%
[0013] 石膏 5 ?7%。
[0014] 在该技术方案中，按如下步骤进行烧制：
[0015] 第一步：将石灰石、砂岩、粉煤灰、低品位铝矾土和石膏按照既定配比混合均匀，备 用；
[0016] 第二步：将配好的生料加入生料总质量10%的蒸馏水拌合均匀，然后称取5g的料 倒入压片机中压制成小试饼，备试烧所用；
[0017] 第三步：将压制好的小试饼在950°C的低温炉保温30min，直接转至1450°C的高温 炉内，保温40min，随炉降温至1300°C，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，得到C 3S 和共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O 3-SO3多元体系水泥孰料；
[0018] 基本原理：
[0019] C3S相和C4AiS相共存原理：在无助熔剂和矿化剂的条件下,C 4AiS的形成温度 一般为1200?1300°C，当超过1350°C时，C4A5S开始发生分解，高于1400°C时快速分解， 而C3S则是在1400°C才大量形成。通过对阿利特-硫铝酸盐水泥形成过程的动力学研究， 发现随着温度升高，C 4 相分解，但在降温时候又会重新形成该相。因此为了实现C3S相 和€4.4共存，我们采用先升温至1450°C，形成C3S相，然后随炉降温至1300°C，重新形成 C4 AfS:相。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 :将78 %的石灰石，6 %的砂岩，L 5 %的粉煤灰，8. 5 %的低品位铝矾土 (Al2O3质量百分比为45. 9% )，以及6%的石膏混合均匀；加入生料质量10%的蒸馏水拌合 均匀，制成小试饼烘干后在950°C的低温炉保温30min，直接转至1450°C的高温炉内，保温 40min，随炉降温至1300°C，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，在不添加萤石的条 件下，得到C 3S和C4AiS共存的CaO-SiO2-Al2O 3-Fe2O3-SO3多元体系水泥熟料。测其3d抗压 强度为53. 8MPa，7d抗压强度为57. 9MPa，28天抗压强度为73. 6MPa，因此熟料达到了早期强 度高，后期强度无倒缩的效果。
[0021] 实施例2 :将75%的石灰石，7%的砂岩，2%的粉煤灰，10%的低品位铝矾土（Al2O3 质量百分比为42. 2 % )，以及6%的石膏混合均匀；并加入生料质量10%的蒸馏水拌合均 匀，制成小试饼烘干后在950°C的低温炉保温30min，直接转至1450°C的高温炉内，保温 40min，随炉降温至1300°C，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，在不添加萤石的条 件下，得到C3S和C4A_:§共存的CaO-SiO2-Al 2O3-Fe2O3-SO3多元体系水泥熟料。其中C 3S的 含量较实例1有所下降，C4A_:5的含量则有所上升。测其3d抗压强度为52. 3MPa，7d抗压 强度为58. 5MPa，28天抗压强度为71. 3MPa，其熟料达到了早期强度高，后期强度无倒缩的 效果。
[0022] 实施例3 :将80%的石灰石，5%的砂岩，1%的粉煤灰，7%的低品位铝矾土（Al2O3 质量百分比为46. 5 % )，以及7%的石膏混合均匀；并加入生料质量10%的蒸馏水拌合均 匀，制成小试饼烘干后在950°C的低温炉保温30min，直接转至1450°C的高温炉内，保温 40min，随炉降温至1300°C，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，在不添加萤石的条 件下，得到C3S和C4AiS共存的CaO-SiO2-Al 2O3-Fe2O3-SO3多元体系水泥熟料。其中C 3S的 含量较实例2有所下降，C4A j的含量则有所上升。测其3d抗压强度为55. 7MPa，7d抗压 强度为60. 2MPa，28天抗压强度为75. 4MPa，其熟料达到了早期强度高，后期强度无倒缩的 效果。
【权利要求】
1. 一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：其生料含量按重量 计，包括： 石灰石75?80%， 砂岩5?7%， 粉煤灰1?2%， 错研!土 6?10% 石膏5?7%。
2. 如权利要求1所述的一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料，其特征在 于：错矾土中Al2O3质量百分比为42. 2?46. 5%。
3. 制备如权利要求1所述的一种利用五元矿物相体系制备硫铝酸盐水泥熟料的方法， 包括如下步骤： 第一步：将石灰石、砂岩、粉煤灰、铝矾土和石膏按所述配比混合均匀，备用； 第二步：将配好的生料加入生料质量10%的蒸馏水拌合均匀，然后称取5g的料倒入压 片机中压制成小试饼，备试烧所用； 第三步：将压制好的小试饼在950°C的低温炉保温30min，直接转至1450°C的高温炉 内，保温40min，随炉降温至1300°C，保温40min，拿出后在30min内冷却至室温，得到C3S和 [4-\:5共存的CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3多兀体系水泥熟料。
【文档编号】C04B7/32GK104310820SQ201410532393
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】王亚丽, 王瑞蕴, 崔素萍, 王楠, 刘玲玲, 刘鹏飞, 杨松格, 王慢丽, 肖庆丰 申请人:北京工业大学