一种高抗压强度的矿渣再利用水泥及其制备方法与流程

1.本技术涉及水泥制造技术领域，更具体地说，它涉及一种高抗压强度的矿渣再利用水泥及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国产业结构的调整和升级，高能耗的产业逐渐被列入了淘汰或者限制类产业目录，传统的干法水泥制备工艺由于能耗较高、污染严重，而被列为限制类产业。新型干法水泥烧制工艺被列为了鼓励类产业，大规模、高产量的节能型水泥生产仍属于发展前景较好的产业，因此，如何降低水泥制备时的能源消耗将成为行业技术研究的重点。
3.目前，采用工业固废替代或部分替代水泥生产原料成为了一种可持续发展的生产方式，还能够降低生产成本。但是，很多工业固废中成分复杂，有些成分在水泥熟料烧制过程中能够发挥重要作用，有些成分的作用相对较弱。水泥熟料烧制是将原料按照适当比例混合、粉磨得到生料，然后高温烧结至熔融状态再冷却，高温烧结时主要包括水分蒸发、砂岩脱水、石灰石分解、固相反应、液相反应等过程，但是，并非所有原料在每一个过程中都参与反应，如何调整各种原料的比例，使其充分发挥作用，才能保证既利用了废料又不降低水泥的性能。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为现有的节能型水泥对矿渣的利用率较低，导致能源消耗率低的同时，制得的节能型水泥的力学性能也较差。


技术实现要素：

5.为了提高节能型水泥的抗压强度，本技术提供一种高抗压强度的矿渣再利用水泥及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种高抗压强度的矿渣再利用水泥及其制备方法，采用如下的技术方案：一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，其包括如下重量份的原料：水泥熟料45-65份、脱硫石膏8-15份、矿渣12-20份、石灰石2-6份、粉煤灰5-15份、矿粉2-4份；所述矿渣为碱性矿渣。
7.通过采用上述技术方案，本技术水泥原料中加入了水泥熟料、脱硫石膏、矿渣、石灰石、粉煤灰、矿粉，其中，矿渣采用的碱性矿渣，碱性矿渣中多含有cao、mgo等碱性氧化物，使矿渣本身具有微弱水硬性，使制得的节能型水泥具有较好的抗压强度、抗渗等级，并且具有较快的凝结速度；同时，脱硫石膏能够进一步向原料中提供更多的钙元素，能够生成更多的c3s、c3a的成分，有助于提高水泥的强度；本技术中的脱硫石膏、矿渣、石灰石、粉煤灰、矿粉，为水泥熟料提供钙、硅、铁、铝等元素，可以使固废得到有效的利用，避免因固废堆积造成资源的浪费。
8.作为优选，所述高抗压强度的矿渣再利用水泥包括如下重量份的原料：水泥熟料50-60份、脱硫石膏10-12份、矿渣15-18份、石灰石3-4份、粉煤灰8-12份、矿粉2.5-3.5份。
9.通过采用上述技术方案，本技术通过优化高抗压强度的矿渣再利用水泥各个原料之间的配比，提高了原料的利用率，同时使制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥具有较高的抗压强度、较快的凝结时间和较高的抗渗等级。
10.作为优选，所述碱性矿渣中cao的含量为35-40％。
11.通过采用上述技术方案，本技术通过限定碱性矿渣中cao的含量，使碱性矿渣中保持较高的cao含量，可以提供更多的钙元素，有利于提高水泥的凝结速度，同时使水泥具有更高的抗压强度。
12.作为优选，所述原料中还包括4-8重量份的稀土矿。
13.通过采用上述技术方案，本技术中加入稀土矿，可提高熟料水化活性，增加水泥熟料早期和后期强度，使制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥的7d抗压强度达到48.9mpa，28d抗压强度达到65.5mpa。
14.作为优选，所述原料中还包括2-6重量份的石英砂选矿污泥。
15.通过采用上述技术方案，本技术中的原料中还添加有石英砂选矿污泥，石英砂选矿污泥中含有大量的硅元素，硅元素水化之后有利于提高水泥的强度。
16.作为优选，所述石英砂选矿污泥中sio2含量≥75％。
17.作为优选，所述水泥熟料的原料包括如下重量份的组分：石灰石40-60份、粘土15-25份、铁尾矿10-15份。
18.通过采用上述技术方案，本技术通过优化高抗压强度的矿渣再利用水泥中水泥熟料各个组分之间的配比，提高了原料的利用率，同时使制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥具有较高的抗压强度、较快的凝结时间和较高的抗渗等级。
19.第二方面，本技术提供一种高抗压强度的矿渣再利用水泥的制备方法，采用如下的技术方案：一种高抗压强度的矿渣再利用水泥的制备方法，包括以下步骤：1)将水泥熟料、脱硫石膏、矿渣、石灰石进行共混，混合均匀，得到第一混合物；2)在第一混合物中加入其余原料进行共混，混合均匀，得到第二混合物；3)然后对第二混合物进行粉磨，至第二混合物颗粒大小为10-40μm时，得到高抗压强度的矿渣再利用水泥。
20.通过采用上述技术方案，本技术将水泥熟料、脱硫石膏、矿渣、石灰石、粉煤灰、矿粉，按一定顺序进行共混，使矿渣、粉煤和矿粉均匀分散在原料中，有效减少了物料混合不均的现象，从而使制备的高抗压强度的矿渣再利用水泥具有较好的抗压强度、较快的凝结速度和较高的抗渗等级。
21.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术水泥原料中加入了水泥熟料、脱硫石膏、矿渣、石灰石、粉煤灰、矿粉，其中，矿渣采用的碱性矿渣，碱性矿渣中多含有cao、mgo等碱性氧化物，使矿渣本身具有微弱水硬性，使制得的节能型水泥具有较好的抗压强度、抗渗等级，并且具有较快的凝结速度；同时，脱硫石膏能够进一步向原料中提供更多的钙元素，能够生成更多的c3s、c3a的成分，有助于提高水泥的强度；本技术中的脱硫石膏、矿渣、石灰石、粉煤灰、矿粉，为水泥熟料提供钙、硅、铁、铝等元素，可以使固废得到有效的利用，避免因固废堆积造成资源的浪费。
22.2、本技术中制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥，具有较好的抗压强度，28d抗压
强度达到65.5mpa，凝结速度有所提高，初凝时间为75min，终凝时间为116min，本技术制备的水泥用于混凝土的制备，得到混凝土抗渗性能较好，抗渗等级可达到p10。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。原料
24.脱硫石膏：自制，其中附着水≤20％，结晶水≥16％，so3≥44.1％；矿渣：自制，其质量系数≥1.3；矿粉：自制，其比表面积≥420m2/kg，7天活性指数≥70％，28天活性指数≥95％；其余原料均为普通市售材料。制备例
25.制备例1-3制备例1-3的一种水泥熟料，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：按照表1中用量称量各原料，然后将生料进行预热、分解，分解温度为800℃，预分解后以500℃/min的升温速度升温至1400℃烧结30min，急冷，制得水泥熟料。
26.表1制备例1-3的水泥熟料各原料及各原料用量(kg) 制备例1制备例2制备例3石灰石405060粘土252015铁尾矿101215实施例
27.实施例1-4实施例1-4的一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，其各原料及各原料用量如表2所示，其制备步骤如下：1)将水泥熟料、脱硫石膏、矿渣、石灰石进行共混，混合均匀，得到第一混合物；2)在第一混合物中加入其余原料进行共混，混合均匀，得到第二混合物；3)然后对第二混合物进行粉磨，至第二混合物颗粒大小为30μm时，得到高抗压强度的矿渣再利用水泥。
28.其中，水泥熟料来自制备例1，矿渣中cao的含量为35％。
29.表2实施例1-4的原料及各原料用量(kg) 实施例1实施例2实施例3实施例4水泥熟料45505560脱硫石膏1512108矿渣12121212石灰石2346粉煤灰151285矿粉22.53.54
30.实施例5一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例3的不同之处在于，水泥熟料来自制备例2，其余步骤与实施例3均相同。
31.实施例6一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例3的不同之处在于，水泥熟料来自制备例3，其余步骤与实施例3均相同。
32.实施例7一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例5的不同之处在于，矿渣的添加量为15kg，其余步骤与实施例5均相同。
33.实施例8一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例5的不同之处在于，矿渣的添加量为18kg，其余步骤与实施例5均相同。
34.实施例9一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例5的不同之处在于，矿渣的添加量为20kg，其余步骤与实施例5均相同。
35.实施例10一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例9的不同之处在于，原料中还包括4kg的稀土矿，其余步骤与实施例9均相同。
36.实施例11一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例9的不同之处在于，原料中还包括8kg的稀土矿，其余步骤与实施例9均相同。
37.实施例12一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例11的不同之处在于，原料中还包括2kg的石英砂选矿污泥，其余步骤与实施例11均相同。
38.实施例13一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例11的不同之处在于，原料中还包括6kg的石英砂选矿污泥，其余步骤与实施例11均相同。
39.实施例14一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例13的不同之处在于，矿渣中cao的含量为38％，其余步骤与实施例13均相同。
40.实施例15一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例13的不同之处在于，矿渣中cao的含量为40％，其余步骤与实施例13均相同。对比例
41.对比例1一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例1的不同之处在于，矿渣的添加量为0，其余步骤与实施例1均相同。
42.对比例2一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例1的不同之处在于，矿渣的添加量为5kg，其余步骤与实施例1均相同。
43.对比例3一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例1的不同之处在于，矿渣的添加量为
30kg，其余步骤与实施例1均相同。
44.对比例4一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例1的不同之处在于，矿渣为中性矿渣，其余步骤与实施例1均相同。
45.对比例5一种高抗压强度的矿渣再利用水泥，与实施例1的不同之处在于，矿渣为酸性矿渣，其余步骤与实施例1均相同。应用例
46.应用例1-6分别将实施例3、实施例5、实施例9、实施例11、实施例13和实施例14制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥用于混凝土的制备。
47.混凝土包括如下重量份的原料：高抗压强度的矿渣再利用水泥120份、粉煤灰80份、粗骨料180份、细骨料200份、减水剂25份、水150份；混凝土的制备方法为：将所有原料混合搅拌均匀，得到混凝土。应用对比例
48.应用对比例1一种混凝土，与应用例1的不同之处在于，原料中的水泥为市售普通硅酸盐水泥，其余步骤与应用例1均相同。
49.应用对比例2-6一种混凝土，与应用例1的不同之处在于，原料中的水泥分别来自对比例1-5，其余步骤与应用例1均相同。性能检测试验检测方法/试验方法
[0050]ⅰ：按照实施例1-15和对比例1-5的制备方法制备出高抗压强度的矿渣再利用水泥，然后按照如下检测方法进行检测，其检测结果如表3所示。
[0051]
抗压强度测试：按照gb/t17671-2021《水泥胶砂强度试验》中的方法测试其抗压强度。
[0052]
凝结性能测试：按照gb/t1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中的方法测试其初凝时间和终凝时间。
[0053]
表3实施例1-15和对比例1-5的检测结果
结合实施例1-4的检测数据可以看出，实施例3的配比比较优，由实施例3制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥，其抗压强度较大，初凝和终凝时间较短。
[0054]
结合实施例3和实施例5-6的检测数据可以看出，由制备例2制得的水泥熟料加入到水泥的制备过程中，得到的高抗压强度的矿渣再利用水泥具有较高的抗压强度，较短的凝结时间。
[0055]
结合实施例5和实施例7-9的检测数据可以看出，随着矿渣添加量的增多，制得的节能型水泥的抗压强度也逐渐增强，其初凝时间和终凝时间也逐渐缩短，说明矿渣添加量的增多，有利于提高节能型水泥的力学强度，并且有利于缩短水泥的凝结时间。
[0056]
结合实施例9和实施例10-13的检测数据可以看出，原料中加入稀土矿和石英砂选矿污泥，可使制得的节能型水泥的力学强度、凝结时间和抗渗性能都有所提升。并且随着稀土矿和石英砂选矿污泥添加量的增多，最终制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥的28d抗压强度达到65.8mpa，初凝时间为75min，终凝时间为115min，。
[0057]
结合实施例13和实施例14-15的检测数据可以看出，随着矿渣中cao含量的提高，制得的节能型水泥的力学强度、凝结时间和抗渗性能都有所提升。并且当cao的含量为38％时，最终制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥的28d抗压强度达到65.5mpa，初凝时间为75min，终凝时间为116min。
[0058]
结合实施例1和对比例1-3的检测数据可以看出，当矿渣的添加量为0时，制得的水泥的抗压强度变小，凝结时间变长，抗渗性能也有所下降，说明矿渣在一定程度上可提高水
泥的力学强度、抗渗性能以及可缩短水泥的凝结时间，使水泥可以快速凝结。当矿渣的添加量较少或者较多时，制得的矿渣再利用水泥，其抗压强度、凝结时间均有所下降，说明矿渣本技术采用了矿渣添加量是优选比例，可在一定程度上提高水泥抗压强度和缩短凝结时间。
[0059]
再结合对比例4-5的检测数据可以看出，制备高抗压强度的矿渣再利用水泥时，添加等量的中性矿渣和酸性矿渣均不如添加碱性矿渣的时制得的水泥的抗压强度高、凝结时间短。
[0060]ⅱ：对应用例1-6和应用对比例1-6中制得的混凝土进行抗渗性能测试，检测方法如下，检测结果如表4所示。
[0061]
抗渗性能测试：按照jgj/t 193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》中的测试方法，对混凝土的抗渗性性能进行测定。
[0062]
表4应用例1-6和应用对比例1-6混凝土的抗渗性能测试结果 抗渗等级(级)应用例1p8应用例2p8应用例3p8应用例4p8应用例5p10应用例6p10应用对比例1p4应用对比例2p4应用对比例3p4应用对比例4p4应用对比例5p4应用对比例6p4结合应用例1-4的检测数据可以看出，当水泥熟料来自制备例2、矿渣添加量为20kg、稀土矿添加量为8kg时，制得的混凝土的抗渗性能较好，抗渗等级可达到p8级。
[0063]
结合应用例5-6的检测数据可以看出，当水泥原料中还添加有6kg的石英砂选矿污泥，并且当矿渣中cao的含量为35％时，制得的混凝土的抗渗性能较好，抗渗等级可达到p10级。
[0064]
再结合应用对比例1-6的检测数据可以看出，当采用普通硅酸盐水泥以及采用对比例1-5中的水泥，代替本技术制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥，制得的混凝土抗渗等级较低，说明本技术制得的高抗压强度的矿渣再利用水泥用于制备混凝土，可有效提高混凝土的抗渗等级，使混凝土的抗渗等级均在p8级以上。
[0065]
本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。