专利名称：利用脱硫灰烧成硫铝酸盐水泥的工艺技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硫铝酸盐水泥的烧成技术，特别是用燃煤电厂的脱硫灰作主要组分之一烧成硫铝酸盐水泥的技术。
背景技术：
硫铝酸盐水泥是一个新的水泥系列，被称作第三系列水泥。硫铝酸盐水泥以石灰石、矾土和石膏为生产原料，经过1300～1350℃低温煅烧而成，熟料的主要矿物是硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二钙(2CaO·SiO2)。硫铝酸钙具有水化快，硬化快，放热集中的特点，是一种早强矿物，是硫铝酸盐水泥早期强度的主要来源；配合以水化慢，后期强度增进大的硅酸二钙，从而使硫铝酸盐水泥具有较好的早期强度和后期强度。该种水泥以其熟料的矿物组成不同于其他品种水泥，由此构成其早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐腐蚀和低碱性等基本特性，并可在很大范围内调整其膨胀性能。由于其良好的性能和低温煅烧条件，硫铝酸盐水泥正在受到世界各国的广泛关注。
硫铝酸盐水泥的生产原料中要求矾土的Al2O3含量大于55％，而高品质的矾土资源有限，并且是炼铝的主要原料，因此在一定程度上限制了硫铝酸盐水泥的生产和应用。
随着电厂脱硫技术，特别是使用钙基脱硫剂的各种干法脱硫工艺，如炉内喷钙脱硫工艺、流化床燃烧脱硫工艺等，和以喷雾干燥为特征的半干法脱硫工艺的推广应用，脱硫灰渣的处置与利用问题应运而生，成为脱硫技术应用中的难题之一。
脱硫灰渣是脱硫产物和普通灰渣的混合物。与普通粉煤灰相比，脱硫灰渣的化学成分和矿物组成差别很大。脱硫灰的化学组成中硫和钙元素的含量都较一般粉煤灰高很多，而且这两种元素的矿物形式也比较复杂。通常在炉内喷钙的干法脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3，另外还有一部分未完全反应的游离CaO。而在喷雾干燥的半干法低温脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相则以CaSO3为主，CaSO4含量很少；未完全反应的钙元素一般以Ca(OH)2的形式存在；并且由于烟气中大量CO2的存在，脱硫的同时CaCO3的产生往往也不可避免。
目前对于一般粉煤灰的利用，经过很多人的长期研究，已在许多领域得以发展。主要的利用方式有以下几种(1)作建材资源如作水泥混合材，作混凝土掺和料，以及制作建筑砌块或作为砖瓦材料使用等；(2)铺路，填筑如作路面材料或回埋矿井；(3)应用于农业进行土壤改良或生产化肥；(4)回收有用物质，如玻璃微珠和金属及其化合物等。其中作为建材资源使用一直是粉煤灰最重要的利用方式。
然而，脱硫灰渣的成分特性大大限制了其在粉煤灰传统领域的利用。首先，作水泥混和材或混凝土掺和料原本是粉煤灰利用量最大的途径之一，然而，过高的硫含量使脱硫灰不能再像普通粉煤灰一样直接作为水泥混和材使用或者掺加量只能相当少，因为在普通水泥的国家标准中规定，水泥中SO3的含量不能超过3.5％。其次，固化于亚硫酸钙中的硫，如果利用的不合理，还有可能使SO2释放出来，造成二次污染，使脱硫工艺前功尽弃，例如用脱硫灰在高温下生产砖瓦材料就会造成这种现象。再有，脱硫灰中游离氧化钙含量高时，则会在长期水化过程中不断生成Ca(OH)2，体积不断膨胀，进而在使用中造成安定性不良的问题，因此这也是脱硫灰在建材领域利用的一个障碍。
专门针对脱硫灰特性进行的研究开发主要是用作水泥缓凝剂。CaSO4确实具有缓凝作用，但CaSO3是否具有缓凝作用目前尚有争执。即使脱硫灰确实可以作为水泥缓凝剂使用，相对于脱硫灰巨大的数量而且，其利用量也是微乎其微。
鉴于以上原因，目前大量的脱硫灰中，只有少部分得到初级的利用，绝大部分被抛弃，既破坏环境又占用土地，还直接影响着烟气脱硫工艺的应用和推广。
发明内容
本发明针对脱硫灰高硫高钙成分复杂难以利用的特性，结合硫铝酸盐水泥生产过程中原料受限制的问题，提出了用脱硫灰作主要组分之一烧成硫铝酸盐水泥的技术。
用脱硫灰作生料生产硫铝酸盐水泥，脱硫灰中的含硫矿物正好可以作为水泥熟料中所需硫元素的来源，可以实现硫元素的固化和充分利用，硫铝酸盐水泥配料生产时可以不使用或只使用少量石膏。生产水泥都需要大量的CaO，通常以石灰石为原料，而脱硫灰中的游离CaO、Ca(OH)2以及CaCO3都可以直接作为所需CaO的来源，替代硫铝酸盐水泥配料中的一部分石灰石。脱硫灰中的粉煤灰部分则可作为硫铝酸盐水泥中SiO2和Al2O3的来源。另外，灰渣中通常都有一部分未燃烬的残留碳，用脱硫灰作生料则可以使其在高温烧成过程中进一步燃烧，得到充分利用。
本发明不需要改变一般水泥的生产设备和生产工艺，只需要进行生料配料的调整。本发明的生料配料按百分比为脱硫灰30～45％，石灰石55～65％，石膏0～15％。以燃煤脱硫产生的脱硫灰和石灰石及石膏为原料，经过粉磨后，在窑炉内煅烧。
本发明要求熟料的烧成温度范围为1300～1350℃。
本发明要求熟料的烧成时间在10～30分钟内。
本发明所烧成的水泥熟料的主要矿物成分是硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二钙(2CaO·SiO2)。
本发明按照上述配料范围，在上述温度控制下所烧成的硫铝酸盐水泥熟料，经过抗压强度试验，3天抗压强度可达21Mpa，28天抗压强度可达42.5Mpa。
综述所述，本发明用脱硫灰作主要原料生产硫铝酸盐水泥，可完全不受脱硫灰成分复杂和高硫高钙的特点的限制，并且能对其各种成分进行高效利用，可以实现物尽其用；同时，本发明也能克服硫铝酸盐水泥生产受原料如矾土等的限制，可以无需矾土，无需或只需少量石膏，就能实现水泥生产。
附图1为以脱硫灰36.2％、石灰石61.8％、石膏2％配料烧成的硫铝酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱。
附图2为以脱硫灰34.3％、石灰石53.4％、石膏12.3％配料烧成的硫铝酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱。其中，A为硫铝酸钙，B为硅酸二钙。
具体实施例方式
实例1按脱硫灰、石灰石和石膏百分比进行配料，脱硫灰36.2％，石灰石61.8％，石膏2％，其中脱硫灰的主要成分组成为SiO243.7％，Al2O324.8％，Fe2O34.1％，CaO11.8％，SO37.5％。煅烧温度为1300℃，煅烧时间为30分钟。所得产品经过抗压强度试验，3天和28天抗压强度分别为27.6Mpa和48.5Mpa。
实例2按脱硫灰、石灰石和石膏百分比进行配料，脱硫灰34.3％，石灰石53.4％，石膏12.3％，其中脱硫灰的主要成分组成为SiO248.7％，Al2O331.8％，Fe2O36.1％，CaO2.8％，SO31.5％。煅烧条件与前例相同。所得产品经过抗压强度试验，3天和28天抗压强度分别为25.6Mpa和47.9Mpa。
实例3按脱硫灰、石灰石和石膏百分比进行配料，脱硫灰44.8％，石灰石55.2％，石膏0％，其中脱硫灰的主要成分组成为SiO238.7％，Al2O322.8％，Fe2O33.9％，CaO17.8％，SO39.5％。煅烧条件与前例相同。所得产品经过抗压强度试验，3天和28天抗压强度分别为27.3Mpa和49.5Mpa。
权利要求
1.一种利用脱硫灰烧成硫铝酸盐水泥的工艺技术，其特征在于以燃煤脱硫产生的脱硫灰和石灰石及石膏为原料，经过粉磨后，在窑炉内煅烧，烧成温度为1300～1350℃，煅烧时间为10～30分钟。
2.根据权利要求1所述的用脱硫灰烧成硫铝酸盐水泥的技术，其特征在于本硫铝酸盐水泥的配料为，脱硫灰占30～45％，石灰石占55～65％，石膏占0～15％。
全文摘要
一种利用脱硫灰烧成硫铝酸盐水泥的工艺技术。本发明针对脱硫灰高硫高钙成分复杂的特性，提出了用脱硫灰作主要组分之一烧成硫铝酸盐水泥的工艺技术。该项工艺技术可完全不受脱硫灰成分复杂和高硫高钙的特点的限制，并且能对脱硫灰中的含硫矿物、含钙矿物、普通灰成分以及残留碳等各种成分进行高效利用，使之转化为硫铝酸盐水泥熟料矿物。本发明可以无需矾土，无需或只需少量石膏，就能实现硫铝酸盐水泥的生产。
文档编号C04B7/32GK1911848SQ20061006878
公开日2007年2月14日 申请日期2006年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者王文龙, 马春元, 董勇, 徐夕仁, 宋占龙 申请人:山东大学