贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水泥制备技术领域，具体涉及一种贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当今世界正在飞速发展，人们在物质生活得以改善的同时，越来越关心我们赖以 生存的地球，作为用量最大的建筑材料一一水泥，对人类社会进步和社会经济发展起着重 要作用的同时，也产生了高的能源与资源消耗及温室气体排放，通常普通波特兰水泥，氧化 钙含量约为66%，在熟料中占50~70%的阿利特矿物，即硅酸三钙的形成温度约1450°C。 该矿物含氧化钙达73. 7%，CaCO3分解耗能占熟料理论热耗的46%左右，导致通用硅酸盐 水泥熟料烧成的能耗高；贝利特矿物，即硅酸二钙，温度高于1250Γ下即可快速形成，故可 在较低的窑炉温度下形成，此外，贝利特含CaO为65. 1%，低于阿利特中73. 7%的CaO含 量，则所需石灰石量减少，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应降低；无水硫铝酸钙矿物 (3Ca0 · 3Si02 · CaSO4)，组成中CaO含量低（36. 8% )和形成温度低（1300°C )，而与C2S- 样具有节能和低CO2排放的特点，且该矿物具有提高早强的特点，铁铝酸四钙抗硫酸盐性能 好，水化热低，可以提高水泥抗冲磨性能和抗拉性能。为了减少水泥生产过程中的能源消耗 和二氧化碳气体排放，国内外大规模兴起对低铝或高硅硫铝酸盐水泥的研究。
[0003] 贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥，是以P-C2S(贝利特）为主，无水硫铝酸钙 (C4ZlJ >为辅、铁铝酸盐次之的低温烧成的低碱度水泥。由于其熟料矿物组成中不含C3S(阿 里特），因此熟料烧成温度低，其烧成温度为1250Γ~1360Γ，但所需的原料石灰石、石膏 等矿物资源储量有限，开采量过大不利于可持续发展。而工业废渣，如提供硅质、铝质成分 的粉煤灰、硫酸渣和煤渣；提供钙质成分的赤泥、高炉渣、有色金属渣、钢渣和盐泥；提供铁 质成分的赤泥和硫铁矿烧渣；以及提供硫质成分的废石膏等，这些废弃物数量巨大，污染严 重，然而现有的生产工艺中，工业废渣的利用率并不高，如粉煤灰利用率仅为30%。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了解决现有的水泥生产工艺中的高能耗以及工业废渣堆积造成的环 境问题。本发明提供了一种贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥，并提供了低温制备方法。
[0005] 技术方案：本发明所提供的贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥，按质量百分比计， 其中含有P-C2S :38~70%，OV? :27~37%和C4AF :3~25%。该贝利特-硫铝酸 盐-铁铝酸盐水泥的原料配比为硅铝质原料：钙质原料：工业石膏：铁质原料：铝质校正料 =6. 2 ~28. 1% :34. 1 ~55. 0% :24. 2 ~38. 1% :0. 8 ~7. 9% :1. 0 ~16. 2%。
[0006] 本发明还提供了上述贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥的制备方法，以工业废渣 和工业石膏为原料，与铝质校正料铝矾土或尾矿铝矾土混合后成型，再进行水热反应，然后 破碎，煅烧，粉磨，得到贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥，成分为β -C2s、Γ4.4; S和C4AF。
[0007] 具体的，本发明按如下步骤进行：
[0008] 将原料与校正料混合，按水灰比为0. 3~0. 41加水混合，研磨2~15h后将料浆 倒入模具中，成型后脱模，得到试样；
[0009] 将上述试样丨旦温养护，养护温度为60~150°C，养护时间为3~9h ;
[0010] 然后破碎，再于在800~1200°C下煅烧60~90min，将煅烧后的试样从高温炉中 取出，迅速冷却；粉磨后得到产品。
[0011] 上述步骤中的工业石膏为脱硫石膏或磷石膏。
[0012] 上述步骤中的工业废渣为增钙液态渣、煤矸石、粉煤灰、赤泥、硫铁矿烧渣、钢渣、 镍渣、脱硫石膏、磷石膏、电石渣、糖滤泥和石灰干化污泥中的几种的混合物。
[0013] 上述步骤中的原料与校正料的配比为：硅铝质原料：钙质原料：工业石膏：铁质原 料：铝质校正料=6. 2 ~28. 1 % :34. 1 ~55. 0% :24· 2 ~38. 1 % :0· 8 ~7. 9% :1. 0 ~ 16. 2%〇
[0014] 上述步骤中的粉磨，磨至比表面积为350~400m2/kg。
[0015] 研究中发现，本发明所采用的水热反应对水泥产品的力学性能影响较大，本发明 所述的水热反应是将脱模后的试样进行恒温养护，养护温度为60~150°C，养护时间为3~ 9h。优选的，养护温度115~120°C，养护时间为3. 5~4h。煅烧温度优选为960~1100°C， 煅烧时间60~70min。
[0016] 有益效果：本发明的低温制备贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥的方法通过预先 的水热反应降低了贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥的烧制温度，降低了能耗，通过合适的 配比及工艺改善贝利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥的性能，实现了在低温下制备低碳的贝 利特-硫铝酸盐-铁铝酸盐水泥。
[0017] 本发明本发明是直接利用工业废渣、工业石膏、铝矾土或尾矿铝矾土作原料，工业 废渣中含有CaO、Si02、A1203、Fe2O 3和SO3，所以原料不需要改性或者其他处理，节约处理成 本的同时提高的原料的利用率。大大降低了前期成本，同时解决了工业废渣造成的环境问 题。并且，本发明不使用石灰石，不会产生二氧化碳，增加环境压力，另一方面煅烧温度低， 进而能耗低。因此本发明是一种低碳、绿色的制备方法。
【具体实施方式】：
[0018] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，本实施例中所使用的原料的组分如 表1所示。
[0019] 表1原料主要化学成分（％ )
[0020]
[0021] 实施例1
[0022] 本实施例所设计原料配比和用水量如表2所示。
[0023] 表2 :实施例1原料配比和用水量
[0025] 具体实施步骤如下：
[0026] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨2h，取出后将料浆倒入模具 中，成型后脱模，得到块状试样；
[0027] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为60°C的数显恒温搅拌循环养 护箱中，丨旦温养护9h后取出冷却；
[0028] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在800°C下煅烧90min，取 出急冷，球磨机粉磨至比表面积为350m2/kg即得到贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥。
[0029] 测得水泥各性能如表3所示。
[0030] 表3 :实施例1制得的贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥性能表
[0031]
[0032] 实施例2 :
[0033] 本实施例所设计原料配比和用水量如表4所示。
[0034] 表4 :实施例2原料配比和用水量
[0036] 具体实施步骤如下：
[0037] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨7h，取出后将料浆倒入模具 中，成型后脱模，得到块状试样；
[0038] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为90°C的数显恒温搅拌循环养 护箱中，丨旦温养护8h后取出冷却；
[0039] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在830°C下煅烧80min，取 出急冷，球磨机粉磨至比表面积为370m2/kg即得到贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥。
[0040] 测得水泥各性能如表5所示。
[0041] 表5 :实施例2制得的贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥性能表
[0042]
[0043] 实施例3 :
[0044] 本实施例所设计原料配比和用水量如表6所示。
[0045] 表6 :实施例3原料配比和用水量
[0047] 具体实施步骤如下：
[0048] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨10h，取出后将料浆倒入模具 中，成型后脱模，得到块状试样；
[0049] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为120°C的蒸压釜中，恒温养护 3. 5h后取出冷却；
[0050] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在960°C下煅烧70min，取 出急冷，球磨机粉磨至比表面积为400m2/kg即得到贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥。
[0051] 测得水泥各性能如表7所示。
[0052] 表7 :实施例3制得的贝利特一硫铝酸盐一铁铝酸盐水泥性能表
[0053]
[0054] 实施例4
[0055] 本实施例所设计原料配比和用水量如表8所示。
[0056] 表8 :实施例4原料配比和用水量
[0058] 具体实施步骤如下：
[0059] 1)混料：按配比称取原料置于行星磨中，加水，研磨15h，取出后将料浆倒入模具 中，成型后脱模，得到块状试样；
[0060] 2)水热合成：将上述试样置于已升温至设定温度为150°C的蒸压釜中，恒温养护 3h后取出冷却；
[0061] 3)煅烧：将冷却后的块状试样破碎后，再置于高温炉中，在1180°C下煅烧60min， 取出急冷，球磨机粉磨至比表面积为350m2/kg即