一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及水泥制备【技术领域】，尤其是一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70-80份、石灰石粉10-18份、改性磷石膏10-20份；通过原料制备和水泥制备等步骤采用工业固体废弃物—磷石膏，并对磷石膏进行改性处理后，再用其取代天然石膏生产硫铝酸盐水泥，既提高了磷石膏的利用率，减少了天然石膏的消耗量，降低了水泥生产成本，减少了环境污染，同时，保持了传统硫铝酸盐水泥的优异性能，其质量稳定；其具有显著的环保价值和经济效益。
【专利说明】—种改性磷石膏配制的硫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】，尤其是一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法。
【背景技术】
[0002]磷石膏是湿法磷酸生产过程中，磷矿石经硫酸分解、过滤制取磷酸所产生的固体废弃物，呈粉末状，其主要物相组成为二水石膏，含有少量的五氧化二磷(P2O5)。我国是世界上第一大磷肥生产国，同时也是副产磷石膏量最大的国家。国内每年磷石膏排放量接近5000万吨，与天然石膏年开采量相当。磷石膏的堆存不仅占用大量土地，而且容易对地表(下)水体、土壤、植被、大气环境造成污染，巨额的磷石膏堆场的投资和运行费用，与日俱增的环保压力，严重制约原本利润就很薄的磷复肥生产企业的生存和发展。
[0003]硫铝酸盐水泥是当代世界水泥发展史上的新品种，与硅酸盐水泥和铝酸盐水泥相比，它具早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等优良特性。广泛应用于土木工程中的冬季施工工程、抗渗与防水工程、抢修工程、二次补强工程、灌浆工程、海洋及耐腐蚀工程等领域中，具有十分乐观的发展前景。
[0004]硫铝酸盐水泥主要是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，与组成材料(石膏和石灰石等)共同粉磨所制成。
[0005]如专利号为CN201210008894.X的《硫铝酸盐海工水泥及其制备方法》采用水泥熟料、硬石膏、石灰石、矿渣、减水剂、引气剂、缓凝剂、硅粉等为原料进行硫铝酸盐产品的制备。
[0006]又如专利号为CN201310266350.8的《一种生产硫铝酸盐水泥的方法》采用的是石灰石、磷石膏、低品位矾土、以及焦炭在1250-1300°C的温度下煅烧处理30min，最后制得成品水泥的。
[0007]再如专利号为CN03143253.0的《改性快硬硫铝酸盐水泥》采用硫铝酸盐水泥混熟料、硅酸盐水泥熟料、石膏、混合材按照一定配比制备而成的。
[0008]由此可见，在现有技术中，硫铝酸盐水泥生产中，尤其是配置水泥时，主要使用的是天然石膏，而天然石膏属于不可再生资源。为此，对于硫铝酸盐水泥产品的生产原料，急需要提供一种新思路，降低生产成本，节约天然石膏的用量，减少磷石膏的堆存量，缓解磷石膏堆放对环境造成的污染。
【发明内容】
[0009]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法，利用磷石膏替代天然石膏，以提高磷石膏利用率，实现磷石膏的资源化利用，降低水泥生产成本，减少环境污染和资源消耗等特征。
[0010] 并且，在磷石膏中含有微量的五氧化二磷，在混凝土中和氧化钙反应会产生偏磷酸盐，导致混凝土缓凝；在混凝土中二水石膏与硫铝酸钙水化反应过快，导致混凝土起灰；同时，由于混凝土中硫铝酸钙水化反应速度过快，与硅酸二钙水化反应速度不协调而导致混凝土后期强度倒缩，故硫铝酸盐水泥配制采用二水石膏，尤其是二水磷石膏是较为不理想的，因此，要使用磷石膏作为硫铝酸盐水泥的组成材料，必须进行改性处理。
[0011]为此，本发明具体通过以下技术方案来得以实现:
[0012]一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70-80份、石灰石粉10-18份、改性磷石膏10-20份。
[0013]所述的硫铝酸盐水泥熟料是无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。
[0014]所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1-1.5倍的改性剂调整后，所获得的。
[0015]所述的改性剂为生石灰。
[0016]本发明还提供一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤:
[0017](I)原料制备:将硫铝酸盐水泥熟料于Φ500πιπιΧ500πιπι试验小磨中粉磨至75_85um,筛余在< 2%,比表面积350~400m2/kg,待用；将石灰石于Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2%，比表面积350~400m2/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500-600°C的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1-1.5倍的改性剂，再将其置于Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至75-85um,筛余在< 2%,比表面积350~400m2/kg,待用；
[0018](2)水泥制备:按照上述原料成份比例将步骤I)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。
[0019]所述的原料制备中，各原料在Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至80um。
[0020]经过大量试验并根据GB/T17671-2009《水泥胶砂强度检验方法》所配水泥进行测试进行证明，配置硫铝酸盐水泥时，采用改性磷石膏替代天然硬石膏生产硫铝酸盐水泥是切实可行的。而且掺加改性剂后煅烧处理的磷石膏配置的硫铝酸盐水泥，其后期抗折强度有较大改进。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0022]通过采用工业固体废弃物一磷石膏，并对磷石膏进行改性处理后，再用其取代天然石膏生产硫铝酸盐水泥，既提高了磷石膏的利用率，减少了天然石膏的消耗量，降低了水泥生产成本，减少了环境污染，同时，保持了传统硫铝酸盐水泥的优异性能，其质量稳定；可见其具有显著的环保价值和经济效益。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
[0024]实施例1
[0025]一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为75%、石灰石粉15%、改性磷石膏10%。
[0026]所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。
[0027]所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.0倍的改性剂调整后，所获得的。
[0028]所述的改性剂为生石灰。
[0029]其制备方法，包括以下步骤:
[0030](I)原料制备:将硫招酸盐水泥熟料于Φ500ι?πιΧ 500mm试验小磨中粉磨至75um,筛余在2%,比表面积350m2/kg,待用；将石灰石于Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至75um，筛余在2%，比表面积350m2/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500°C的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入I倍的改性剂，再将其置于Φ500πιπιΧ500πιπι试验小磨中粉磨至75um，筛余在2%，比表面积350m2/kg，待用；
[0031](2)水泥制备:按照上述原料成份比例将步骤I)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。
[0032]实施例2
[0033]一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为70%、石灰石粉18%、改性磷石膏12%。
[0034]所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。
[0035]所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.15倍的改性剂调整后，所获得的。
[0036]所述的改性剂为生石灰。
[0037]其制备方法，包括以下步骤:
[0038](I)原料制备:将硫招酸盐水泥熟料于Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至85um,筛余在I %，比表面积400m2/kg,待用；将石灰石于Φ500ι?πιΧ500mm试验小磨中粉磨至85um，筛余在1%，比表面积400m2/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过600°C的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1.5倍的改性剂，再将其置于Φ500πιπιΧ500πιπι试验小磨中粉磨至85um，筛余在1%，t匕表面积400m2/kg，待用；
[0039](2)水泥制备:按照上述原料成份比例将步骤I)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。
[0040]实施例3
[0041]一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为75%、石灰石粉10%、改性磷石膏15%。
[0042]所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。
[0043]所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.5倍的改性剂调整后，所获得的。
[0044]所述的改性剂为生石灰。
[0045]其制备方法，包括以下步骤:
[0046] (I)原料制备:将硫铝酸盐水泥熟料于(p500mm X500mm试验小磨中粉磨至80um,筛余在1.5%,比表面积380m2/kg,待用；将石灰石于(p500m.m X 500mm试验小磨中粉磨至80um,筛余在1.5%,比表面积380m2/kg,待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过550°C的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1.15倍的改性剂，再将其置于(p500mm X 500mm试验小磨中粉磨至80um，筛余在1.5%，比表面积380m2/kg，待用；
[0047](2)水泥制备:按照上述原料成份比例将步骤I)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。
[0048]试验例:
[0049]本试验例采用硫酸铝盐水泥熟料、石灰石、改性磷石膏制备硫酸铝盐水泥产品，其制备方法同本发明的实施例1和实施例3，并按照GB/T17671-2009《水泥胶砂强度检验方法》测试硫铝酸盐水泥的抗折、抗压强度。
[0050]同时，使用天然石膏和二水磷石膏替代改性磷石膏，参照实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，测定其抗折、抗压强度。其目的是对比改性磷石膏与天然石膏、二水磷石膏对制备硫铝酸盐水泥性能的影响，以突出磷石膏改性的必要性。
[0051]具体的实验:
[0052]试验件的制备:分别采用硫酸铝盐水泥熟料、石灰石、改性磷石膏，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫酸铝盐水泥的制备作为A、B两组实验组。
[0053]将实验组中的改性磷石膏采用二水磷石膏代替后，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，作为A’、B’两组对照组。
[0054]将实验组中的改性磷石膏采用天然硬石膏代替后，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，作为A”、B”两组对照组。
[0055]其中A、A，、A”、B、B，、B”各组的代号分别为1、2、3、4、5、6。各组中的原料配方设计为如表1所示:
[0056]表1:
[0057]
【权利要求】
1.一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70-80份、石灰石粉10-18份、改性磷石膏10-20份。
2.如权利要求1所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为75份、石灰石粉为15份、改性磷石膏为15份。
3.如权利要求1或2所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥熟料主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。
4.如权利要求1或2所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1-1.5倍的改性剂调整后，所获得的。
5.如权利要求4所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的改性剂为生石灰。
6.如权利要求1-5任一项所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)原料制备:将硫招酸盐水泥熟料于Φ500mmX 500mm试验小磨中粉磨至75_85um,筛余在< 2%,比表面积350~400m2/kg,待用；将石灰石于Φ 500mmX500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2%,比表面积350~400m2/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500-600°C的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1-1.5倍的改性剂,再将其置于Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2%，比表面积350~400m2/kg，待用； (2)水泥制备:按照上述原料成份比例将步骤I)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。
7.如权利要求6所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于:所述的原料制备中，各原料在Φ 500mmX 500mm试验小磨中粉磨至80um。
【文档编号】C04B22/06GK104129939SQ201410355778
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】贺勇, 贾韶辉, 张保如, 邵力, 贺深阳, 陈彦翠, 赵怡然 申请人:贵州省工业固体废弃物综合利用（建材）工程技术研究中心