专利名称：一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料，特别涉及一种能够降低二氧化碳排放的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制造方法。
背景技术：
近年来，大气中二氧化碳的含量大幅度增加，已经对世界的气候条件产生了明显的影响，降低工业生产中的二氧化碳排放成为世界各国的共同目标。水泥工业是二氧化碳排放的主要来源之一，约占工业总的二氧化碳排放的5%。水泥生产中排出的二氧化碳主要来源于石灰石的分解，因此降低水泥原料中石灰石的使用比例，就能够有效降低二氧化碳的排放。与此同时，由于石灰石的分解耗热也是水泥熟料形成热耗的最主要部分，石灰石比例的下降还能够进一步降低熟料的形成热耗，降低燃料的使用量，更进一步降低因燃料燃烧而产生的二氧化碳。普通硅酸盐水泥熟料中两种最主要的矿物是硅酸三钙(C3S，又称阿利特)和硅酸二钙(C2S，又称贝利特)，C3S约占50 55 %，C2S约为20 25 %，生产C3S比C2S需要更多的氧化钙(CaO)，CaO来源于石灰石的分解，显然增加熟料中C2S的含量，减小C3S的含量就能够使水泥原料中的石灰石比例大幅度降低，降低二氧化碳的排放。但是仅仅将C3S和 C2S的比例进行改变，得到的高C2S水泥(也称高贝利特水泥)，虽然具有水化热低、需水量小、和外加剂适应性好、后期强度高等性能优点，但其早期强度明显偏低的缺点，对水泥的实际使用造成了很大的影响，很难能得到推广和应用。硫铝酸盐水泥熟料是我国自主发明的一种特种水泥熟料，其主要矿物是无水硫铝酸钙(C4A3S )和硅酸二钙(C2S)，前者约占60-70 %，后者约占20_30 %，因为C4W3互早期水化反应很快，这种水泥具有很高的早期强度。硫铝酸盐水泥熟料的这两种主要矿物，和硅酸三钙相比，形成时需要的氧化钙都明显降低，因此和普通硅酸盐水泥熟料相比，硫铝酸盐水泥生产中排放的二氧化碳能够降低35%。但是生产硫铝酸盐需要使用的铝矾土，资源稀缺，使得这种水泥因为价格昂贵，目前只能够作为特殊用途的水泥，而不能作为大宗材料使用。如果把高贝利特水泥和硫铝酸盐水泥相结合，利用硫铝酸盐水泥中的早强矿物 C4W35，来弥补高贝利特水泥早期强度的不足，就有可能得到早期和后期强度都能够令人满意的新水泥，这种水泥被称为高贝利特硫铝酸盐水泥，近年来受到国内外许多研究者的关注。美国的梅塔(Mehta)教授曾经研究开发了组成为45%的C2S、20%的C4J3歹、 15%的C4AF(铁铝酸四钙)、20%的CS (无水石膏)的水泥，也获得了专利，尽管这种水泥在试验中获得了良好的性能，但是最终没有实现工业化生产，因为无水石膏在高温下不稳定，很容易分解，熟料在实际生产中很难按预期形成。国际知名的水泥生产商拉法基公司 (lafarge)，近年来对高贝利特硫铝酸盐水泥也进行了大量研究，申请了以5_25% C2AF、 15-35%C4^、40-75% C2S为主要组成的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的专利，为了确保水泥的性能，他们在熟料煅烧时加入一些微量元素作为添加剂，使得C2S以 形态存在。但是，这些微量元素的加入，不仅使水泥熟料的生产成本增加，而且使熟料的煅烧变得相对比较复杂，工业化生产的难度增加。
发明内容
本发明提供新的一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，这种水泥熟料能够达到与普通硅酸盐水泥熟料基本相同的物理性能，其铝质原料全部采用固体工业废渣，煅烧时不用掺加任何的添加剂。本发明的技术方案是一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，它具有如下重量百分比的矿物组成25-30 %的β型C2S;25-30 %的 型C2S;28-40%的C4J3友；4-12%的 C4AF，4-8%的非晶相物质。为了确保水泥熟料具有足够高的后期强度， 型C2S占C2S总重的百分比应大于或者等于50%。为了保证熟料中各种矿物达到要求的含量，熟料的Cm值应控制在O. 95 I. 05的范围内；f-CaO值控制在-O. 5 O. 5的范围内，f_S03值控制在
I.O 5. O范围之内。本发明提出的上述活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤I)利用立磨或者球磨机，将按照预定配比的钙质原料、铝质原料和石膏的混合料， 粉磨至80 μ m筛余为8-12 %的细度，得到生料粉，生料粉的化学成分在烧结情况下能够满足C2S，C4A3S，C4AF等矿物形成时的化学条件。2)将得到的生料粉，在1300-1380°c的温度范围内，在保证煅烧环境始终处于氧化气氛下，充分煅烧30-60分钟，直至所有矿物都能够完全形成。 本发明使用的钙质原料，石灰石，和生产普通硅酸水泥熟料使用的全完相同，对其品质没有特殊的要求，在水泥生料中的含量相对普通硅酸水泥生料下降25%左右；使用的铝质原料主要选自氧化铝含量较高的粉煤灰，和铝土矿选矿尾矿，它们都属于固体工业废渣，在水泥生料中含量可达30%左右；使用的石膏，可以是无水石膏和二水石膏等天然石膏，也可以是脱硫石膏、磷石膏等工业副产石膏。本发明的有益效果是通过独特的配料技术，能够煅烧出物理强度优于普通硅酸盐水泥熟料的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，3d强度达到30-50MPa，28d强度达到 50-70Mpa，其需水量和凝结特性与普通硅酸水泥熟料接近，保证了水泥在使用过程中的工作性能和传统硅酸盐水泥相比不会产生明显的改变。生产本发明的水泥熟料，配料简单，而且能够大量地使用一些价格低廉的工业固体废渣和工业副产品。因此和普通硅酸水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料相比，不仅能够大幅度降低水泥熟料的生产成本，而且能够实现工业固体废渣在水泥工业的大量消纳。更为重要的是，由于原料中石灰石使用比例的大幅度下降，使得本发明的水泥熟料相对传统硅酸盐水泥熟料，二氧化碳的排放量可以降低25%以上，是一种低碳水泥熟料。
具体实施例方式本发明提供了一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及制备方法。首先，将重量百分比为55-65 %的石灰石，26-30 %的含铝工业固体废渣，9-15 %的石膏，分别破碎后按照特殊设定的比例混合均匀，在立磨或者球磨机中磨细至80 μ m方孔筛的筛余为8-12%,得到水泥生料。将生料粉加入I %的自来水，搅拌均匀放入内径为8cm，深2cm的圆形磨具中，利用小型压力机压制成料饼，烘干后放入试验电炉中在1300-1380°C的温度下煅烧 50-60分钟。或者直接将生料粉喂入半工业化窑中，控制生料在窑内的流速，保证物料在 1300-1380°C的高温带停留30-40分钟，保证窑内有足够的通风量和氧化气氛，避免石膏在窑内的分解造成有用元素的流失。煅烧后得到的熟料矿物组成为25-30%的β型C2S; 25-30%的 型 C2S ;28-40%的C4J3友；4-12%的 C4AF ;4_8%的非晶相物质。下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明实施例I :将经过破碎的3. 25kg石灰石1、0· 45kg的石膏1，与I. 30kg的粉煤灰I混合在一起,在试验球磨机中磨细至80μηι方孔筛的筛余为8_12%。将生料粉加入1%的自来水,搅拌均匀放入内径为8cm，深2cm的圆形磨具中，利用小型压力机压制成料饼，将料饼在烘箱中于100°C下烘干。每次取10块料饼，放入预先升温到1320°C的试验电炉中煅烧60分钟， 直至所有料饼全部烧完。煅烧后的熟料利用风扇吹冷至室温。三种原料的重量百分组成为65. 0%石灰石1,26. 0%粉煤灰1,9. 0%石骨I。其化学成分见表I所示。表I三种原料的化学成分
权利要求
1.一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，它具有如下重量百分比的矿物组成25-30% 的 β 型 C2S ;25-30% 的 型 C2S ;28_40% 的 C4J3互；4-12% 的 C4AF ;4_8% 的非晶相物质。
2.根据权利要求I所述的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述 型C2S占 型C2S和β型C2S总重的百分比大于或者等于50%。
3.根据权利要求I所述的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，该熟料的Cm值控制在O. 95 I. 05的范围内；f_CaO值控制在-O. 5 O. 5的范围内，f-S03值控制在I. O 5.0范围之内。
4.根据权利要求I所述的活性贝利特水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤I)利用立磨或者球磨机，将由重量百分比为55-65%的石灰石，26-30%的含铝工业固体废渣，9-15%的石膏组成的混合料，粉磨至80 μ m方孔筛的筛余为8-12%，得到生料2)将得到的生料粉，在1300-1380°C的温度范围内，在氧化气氛下煅烧30-60分钟，直至所有矿物完全形成。
5.根据权利要求4所述的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述含铝工业固体废渣是氧化铝重量含量为30%以上的粉煤灰或者铝土矿选矿尾矿。
全文摘要
本发明公开了一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，它具有如下重量百分比的矿物组成25-30％的β型C2S；25-30％的à型C2S；28-40％的4-12％的C4AF；4-8％的非晶相物质。熟料中C2S的不同形态的控制和数量的变化，主要通过熟料配料率值的特殊设定而控制。本发明还公开了上述活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法。本发明和传统普通硅酸水泥熟料相比，原料中使用了更多的工业固体废渣，降低了生产成本，大幅度减少了石灰石的使用比例，显著降低了熟料生产中二氧化碳的排放量。获得的熟料在需水量、凝结时间和普通硅酸水泥熟料基本相同的情况下，强度优于普通硅酸水泥熟料。
文档编号C04B7/32GK102584045SQ20121002240
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者俞为民, 刁江京, 单丹, 吴秋生, 姚丕强, 李振华, 王伟, 陶从喜, 韩辉 申请人:中国中材国际工程股份有限公司天津分公司, 天津中材工程研究中心有限公司