气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的合成方法，尤其涉及一种通过气 相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是水泥生产大国，2013年水泥产量达24. 1亿吨，占世界水泥总量59%。水泥 工业能耗高、资源消耗高、环境污染重，能源、资源消耗和环境污染主要集中于水泥熟料的 烧成制备工艺过程。提高水泥中混合材掺入量、减少水泥熟料用量是实现水泥工业节能减 排以及可持续发展的可行性途径之一。
[0003] 要提高水泥中混合材的掺入量，在不以牺牲水泥性能为代价的前提下，需提高水 泥熟料本身的力学性能（尤其是早期力学性能）和熟料与其它混合材的复合性。C4A^ 矿物具有高早强、微膨胀等优良性能，引入硅酸盐水泥熟料中既能提高熟料早期强度，同时 有效激发粉煤灰等多种混合材的水化活性，从而增加水泥中的混合材掺入量，即硫铝酸钙 改性硅酸盐水泥（JC/T1099-2099)。在硅酸盐水泥熟料中引入C4Aj矿物，需解决的关键 科学问题是：C4A3l和阿利特两者的共存，C4Aj矿物在1350°C大量分解，而熟料中阿利 特（Alite)在1450°C才开始大量形成，因此从热力学角度而言两者不能共存于同一熟料体 系。
[0004] 目前对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的制备方法，主要有两种：一是通过在硅 酸盐水泥生料中掺入矿化剂（如萤石、石膏或金属氧化物等），在1300°c~1400°C煅烧温度 下制备而成（马素花，沈晓冬，陈琳.二氧化锰对含硫铝酸钙矿物硅酸盐水泥熟料相平衡共 存的影响.硅酸盐学报，2010年04期，P564-567)。但是在新型干法窑生产过程中，萤石等 矿化剂作为原料会严重污染环境，此外矿化剂会影响窑的操作和稳定运行。二是通过调控 熟料冷却过程中的相关工艺参数，实现硫铝酸钙矿物的二次形成（ZL200910212645. 0,硅酸 盐水泥熟料中硫铝酸钙矿物二次合成方法），这种方法需要进行二次升温，在工业设备上 很难实现，即使通过工业设备的改进实现二次升温，但能耗会因此而增加，造成生产成本的 提尚。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对以上问题提供了一种气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水 泥熟料的方法；通过气相沉积技术在传统硅酸盐熟料体系中引入C4Aj矿物，改善硅酸盐 水泥熟料的矿相组成，制备c3s-c2s-c4af-c3a-c4A3t多相复合的硫铝酸钙改性硅酸盐水泥 熟料。
[0006] 本发明的技术方案为：一种气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法， 其具体步骤如下：
[0007] (1A)将硅酸盐水泥生料在高温炉中进行煅烧，煅烧温度在1350-1500°C，保温 20-60分钟，取出自然冷却；
[0008] (2A)将制备好的块状硅酸盐水泥熟料破碎成颗粒状，置于已升温至1KKTC~ 1250°C的管式炉中，保温20-60分钟；
[0009] (3A)在对水泥熟料进行加热保温的同时，通入S02气体或SO2与0 2的混合气体； [0010] (4A)熟料处理完后，取出自然冷却；
[0011] 或者是
[0012] (1B)将硅酸盐水泥生料在高温炉中进行煅烧，煅烧温度在1350-1500°C，保温 20-60分钟；
[0013] (2B)保温后，熟料进行快速冷却；
[0014] (3B)当冷却温度至1100-1250°C范围内，通入S02气体或502与02的混合气体；通 气时间为20-60分钟；
[0015] (4B)熟料处理完后，取出自然冷却。
[0016] 优选步骤（1A)和（1B)中的硅酸盐水泥生料是根据硅酸盐水泥熟料的石灰石饱和 系数KH= 0? 92-1. 00、铝率IM= 1. 5-3. 5、硅率SM= 1. 7-2. 8 之间配置的。
[0017] 优选步骤（3A)和（3B)中通入的SO# 02的混合气体中502与02的体积比为 1: (2-5);通入S02气体或SO2与0 2的混合气体时控制通入SO2的流量为20ml/min-60ml/ min〇
[0018] 优选步骤（2B)快速冷却的速率为每分钟50~100°C。
[0019] 有益效果：
[0020] 本发明中涉及通过化学气相沉积技术在c3s-c2s-c4af-c3a的传统硅酸盐熟料体 系中引AC4A3§矿物，S卩：在硅酸盐水泥熟料冷却过程中，通入S02气体或者是含502的 混合烟气，使SOjP新烧成熟料中CaO快速反应形成纳米尺度的高活性CaS04, 0&504再 与熟料中的C3A形成硫铝酸钙C4A$矿物，实现c3s-c2s-c4af-c3a-C4A3l多相复合的 纳米尺度的硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的烧成；该技术与硫铝酸钙矿物二次合成技术 (ZL200910212645. 0)相比，该技术可消耗一定量的502或其它有害气体，为水泥工业及其它 含S02I业废气的减排提供了理论指导意义和参考价值。
【附图说明】
[0021] 图1是实施例1中气相沉积法制备的A1水泥熟料的XRD图谱；
[0022] 图2是实施例2中气相沉积法制备的B1水泥熟料的XRD图谱；
[0023] 图3是实施例3中气相沉积法制备的C1水泥熟料的XRD图谱；
[0024] 图4是实施例4中气相沉积法制备的D1水泥熟料的XRD图谱；
[0025]其中A-C3S，B-C2S，C-C3A，F-C4AF，CA$-C'4a5,C$-d
【具体实施方式】
[0026] 为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0027] 实施例1 :
[0028] (1)采用石灰石、砂岩、粉煤灰和磷渣等作为水泥原料，根据KH= 0. 92、铝率頂= 1. 5硅率SM= 2. 0制备硅酸盐水泥生料，水泥生料在高温炉中进行煅烧，温度升至1350°C 时，保温60分钟后取出自然冷却。
[0029](2)将制备好的硅酸盐水泥熟料破碎成小试快，将该熟料记为对比样心;取部分A。 熟料置于升温至1250°C的管式炉中保温，保温30分钟。
[0030] (3)在保温的同时，通入S02气体，流量为30ml/min。
[0031] (4)取出熟料进行自然冷却，得到实施例1熟料（记为AJ;将冷却的水泥熟料粉 磨成粉末体，进行矿物组成分析。根据X射线粉末衍射分析（图1)表明本实施例在硅酸盐 水泥熟料中引入了硫铝酸钙矿物。
[0032](5)按照《GB/T17671 1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测定八。和Ai熟料 的砂浆强度，如表1。
[0033] 表1熟料^和A:的砂浆强度
【主权项】
1. 一种气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法，其具体步骤如下： (IA) 将硅酸盐水泥生料在高温炉中进行煅烧，煅烧温度在1350-1500°C，保温20-60分 钟，取出自然冷却； (2A)将制备好的块状硅酸盐水泥熟料破碎成颗粒状，置于已升温至1KKTC~1250°C 的管式炉中，保温20-60分钟； (3A)在对水泥熟料进行加热保温的同时，通入S02气体或502与0 2的混合气体； (4A)熟料处理完后，取出自然冷却； 或者是 (IB) 将硅酸盐水泥生料在高温炉中进行煅烧，煅烧温度在1350-1500°C，保温20-60分 钟，取出自然冷却； (2B)保温后，熟料进行快速冷却； (3B)当冷却温度至1100-1250°C范围内，通入S02气体或502与0 2的混合气体；通气时 间为20-60分钟； (4B)熟料处理完后，取出自然冷却。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（1A)和（1B)中所述的硅酸盐水泥生 料均是根据硅酸盐水泥熟料的石灰石饱和系数KH = 0. 92-1. 00、铝率頂=1. 5-3. 5、硅率 SM= 1.7-2. 8 配置的。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3A)和（3B)中通入的混合气体中S02 与〇2的体积比为1: (2-5);通入SO 2气体或SO 2与0 2的混合气体时控制通入SO 2的流量为 20ml/min-60ml/min〇
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（2B)快速冷却的速率为每分钟50~ 100 °c〇
【专利摘要】本发明涉及一种气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法，将硅酸盐水泥生料在1350-1500℃高温炉中进行煅烧后自然冷却；然后置于已升温至1100℃～1250℃的管式炉中保温；在对水泥熟料进行加热保温的同时，通入SO2气体或SO2与O2的混合气体；熟料处理完后，取出自然冷却；或者是将硅酸盐水泥生料在1350-1500℃高温炉中进行煅烧后，熟料进行快速冷却；当冷却温度至1100-1250℃范围内，通入SO2气体或SO2与O2的混合气体；通气时间为20-60分钟；熟料处理完后，取出自然冷却。本发明实现C3S-C2S-C4AF-C3A-C4A3多相复合的纳米尺度的硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的烧成；可消耗一定量的SO2或其它有害气体，为水泥工业及其它含SO2工业废气的减排提供了理论指导意义和参考价值。
【IPC分类】C04B7-32
【公开号】CN104628273
【申请号】CN201510033679
【发明人】马素花, 李伟峰, 葛大顺, 沈晓冬
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月22日