用于磷铝酸钡钙水泥的复合矿化剂的制作方法

本发明涉及一种建筑材料，具体涉及一种磷铝酸钡钙水泥。

背景技术：

磷铝酸钡钙水泥（主矿相磷铝酸钡钙）是在磷铝酸盐水泥（主矿相磷铝酸钙）基础上发展起来的，水泥浆体的力学性能高出磷铝酸盐水泥（28d强度80MPa）约20-30%，且克服了磷铝酸盐水泥凝结时间过短，需添加调凝剂才能应用的缺点。这使得磷铝酸钡钙水泥有望应用于重要特殊建设工程，如军事、海洋、岛礁、隧道等，市场前景广阔。

磷铝酸钡钙水泥体系中的主矿相为磷铝酸钡钙，其合成温度高达1550℃，使得该体系水泥煅烧温度落在区间1500-1550℃，煅烧温度高，采用常规回转窑煅烧温度时，水泥中特征矿相磷铝酸钡钙生成量较少，该特种水泥不能烧成，若提高煅烧温度到1500-1550℃，将耗费大量能源，且现有水泥生产线不能承受如此高温难以完成制备。为了降低磷铝酸钡钙水泥煅烧温度，利于该水泥的推广应用，需进一步开发节能降耗技术。

目前在磷酸盐水泥体系中，发现通过引入少量Fe₂O₃可降低其煅烧温度，但降低温度有限；而大掺量Fe₂O₃会收缩熟料煅烧温度区间，不利于工艺控制。或另加入MgO、TiO₂、ZnO等金属氧化物来增加水泥液相量，但是，MgO加入量过多则易引起水泥安定性不良，TiO₂、ZnO不是水泥常见原料，在5000吨/日的常规产量回转窑生产线上无法大量提供。磷铝酸钡钙水泥中加入SO₃可促进主矿相磷铝酸钡钙的形成，且降低了其形成温度，然而，大量掺入SO₃存在与P₂O₅竞争形成硫铝酸钙矿物，减少磷铝酸钡钙矿相形成量的风险。因此，单独应用上述任意一种矿化剂均存在不足之处，不能适用于常规回转窑生产线生产磷铝酸钡钙水泥。。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于磷铝酸钡钙水泥煅烧的复合矿化剂，通过引入复合矿化剂促进水泥熟料形成，煅烧温度降低150-200℃，显著促进主矿相磷铝酸钡钙的形成，使常规回转窑生产线能够适用于生产磷铝酸钡钙水泥，有利于其规模化生产，实现生产过程节能降耗。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于磷铝酸钡钙水泥的复合矿化剂，其主要化学成分及质量百分比为：

Fe₂O₃：20-54%

SO₃：13.5-33.3%

MgO：13.5-20.8%

CaF₂：5-10.4%

Na₂O或K₂O：13.5-16.5%。

作为优化，上述复合矿化剂中SO₃质量百分比为14-21%。

上述复合矿化剂，SO₃来源于多种工业废石膏，MgO来源于高镁石灰石，Fe₂O₃来源于钢渣，Na₂O或K₂O来源于水泥主原料杂质。

一种磷铝酸钡钙水泥，通过以下步骤获得：

（1）提供包含至少磷酸三钙、氧化钙、氧化铝、氧化钡、二氧化硅源的生料与用于磷铝酸钡钙水泥的复合矿化剂混合均匀；

（2）在1350-1400℃的温度下烧结所述生料以提供熟料；

（3）冷却步骤（2）中熟料既得产品。

上述的磷铝酸钡钙水泥，复合矿化剂在水泥生料中掺入的质量百分比为1.25-10%，优选为2.5-10%。

本发明的复合矿化剂中，Fe₂O₃可降低LHSS相形成的活化能从而降低磷铝酸钡钙水泥煅烧温度，MgO增加水泥熟料形成中的液相量，SO₃可显著促进主矿相磷铝酸钡钙的形成，且降低了其形成温度，同时辅以一定量CaF₂、Na₂O或K₂O促进水泥熟料中矿相活化、优化矿化效果，并且辅助提高水泥早期强度。

本发明的有益成果是：本发明显著改善了磷铝酸钡钙水泥早期强度，显著促进了主矿相磷铝酸钡钙的形成；降低磷铝酸钡钙水泥煅烧温度约150-200℃，降低到1350℃-1400℃，节能降耗效果显著；且该煅烧温度范围与目前硅酸盐水泥生产温度基本一致，可使用常规回转窑生产线生产磷铝酸钡钙水泥，适用于磷铝酸钡钙水泥规模化生产。

附图说明

图1为实施例1~3三种复合矿化剂与无添加空白水泥熟料试样的X射线衍射分析图。

图2为实施例2与实施例4~6复合矿化剂五种不同添加量与的X射线衍射分析图。

其中，LHSS为磷铝酸钡钙，CA1-x(Px)为改性铝酸钙，C4AF为铁铝酸四钙，CP1-z(Az)为改性磷酸钙。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

按照磷酸三钙32.5%，碳酸钙28%，氧化铝19%，氧化钡16%，二氧化硅4.5%配制空白磷铝酸钡钙水泥生料；按照表1中比例配制矿化剂，所有原料均使用分析纯试剂，纯度均大于99%，SO₃以CaSO₄的形式加入，MgO以MgCO₃的形式加入。上述组分与空白磷铝酸钡钙水泥生料混合均匀，与空白磷铝酸钡钙水泥生料，分别置于硅钼棒高温炉中，以5℃/min升温速率升至设定温度并保温相应时间，取出后用风扇急冷，获得磷铝酸钡钙水泥熟料。具体复合矿化剂添加量及煅烧温度见表2。

表1不同组成配比的复合矿化剂（%）

表2 各实施例复合矿化剂加入量、煅烧温度及节能效果

按照GB 1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性物理性能》所述标准测定各实施例水泥凝结时间，使用CMT5504型电子万能材料试验机测定净浆试体抗压强度，测定标准如表3所示。

表3掺加复合矿化剂后磷铝酸钡钙水泥的物理性能

通过表2与表3中数据可以看出，与不掺加矿化剂的对照组水泥相比，本发明复合矿化剂加入后，水泥煅烧温度也明显降低，其节能降耗效果显著，磷铝酸钡钙水泥的凝结时间（初凝和终凝）大幅度延长，抗压强度大幅上升，显著改善了水泥性能，解决了磷铝酸盐水泥凝结时间太短的问题，提高了水泥后期强度增长率。

对各实施例获得的磷铝酸钡钙水泥熟料试样进行X射线衍射分析，衍射条件为：铜靶，管电压40Kv，管电流40mA，测量范围：2θ=5~70度，图谱如图1、图2所示：添加本发明复合矿化剂的磷铝酸钡钙水泥熟料矿相发育良好，主矿相磷铝酸钡钙峰高增加，峰型尖锐，说明在复合矿化剂的作用下主矿相磷铝酸钡钙结晶良好、形成量增多，更多的磷酸钙吸收铝元素和钡元素转变为磷铝酸钡钙，相应的铝酸钙含量明显下降。