專利名稱：先合成再活化工藝制造無機膠凝材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑材料的制造工藝，具體涉及一種綜合利用工業廢渣生產制造無機膠凝材料的工藝方法。
背景技術：
我國水泥的生產量已達10×108噸，超過世界水泥總量的40％。而我國傳統的水泥生產方法為“兩磨一燒”，即以石灰石、粘土等配料磨制生料，高溫(1450℃)燒成熟料，再加石膏、摻合材一起磨制成水泥。這種傳統水泥的生產對資源如石灰石、粘土、煤等消耗巨大，且對環境污染過重，不利于水泥工業的可持續發展。
目前國內外利用工業廢渣作無機膠凝材料的專利及應用技術可概括為①作為水泥摻合材或礦物外加劑；②摻激發劑制造“堿礦渣水泥”、“凝石水泥”、“無熟料或少量熟料水泥”、“砌筑水泥”。
摻激發劑的應用技術使水泥性能及施工性能受到不利影響，其應用受到一定的限制，導致現有專利及應用技術難以大量應用。長期以來，盡管水泥生產規模不斷擴大，而水泥的生產方法仍然一直采用“兩磨一燒”的傳統工藝。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是解決上述現有技術存在的問題，而提供一種低能耗大量綜合利用工業廢渣資源、替代傳統工藝生產的水泥及膨脹劑、各項物理力學性能指標、體積穩定性、耐久性及施工性能等符合相關標準、污染少、成本低的先合成再活化工藝制造無機膠凝材料，作為特種水泥或膨脹劑。
本發明采用的技術方案是將工業廢渣及含硅鋁原料、石灰、石膏、輔料及水按比例混合均勻為混合料，然后將混合料壓實堆存或壓制成塊，自然養護或蒸養讓其充分反應，之后在450℃～950℃熱處理活化，加添加劑粉磨至80um篩余＜15％，即為無機膠凝材料。
上述混合料重量百分配比為工業廢渣及含硅鋁原料30～90％、石灰0～40％、石膏5～70％、輔料0～30％、水0～30％。
上述無機膠凝材料重量百分配比為混合料經450℃～950℃熱處理后的無機物50～100％、添加劑0～50％。
上述中的工業廢渣及含硅鋁原料指粉煤灰、煤渣及煤渣粉、煤矸石及燒矸石、石煤及石煤渣、廢棄水泥石、礦渣及礦渣粉、鋼渣及鋼渣粉、錳渣及錳渣粉、磷渣及磷渣粉、磚渣及磚渣粉、鉛鋅渣及渣粉、鉻渣及鉻渣粉、粘土及燒粘土、高嶺土及燒高嶺土、白土、礬土及燒礬土、頁巖及燒頁巖、石煤及燒石煤、霞石、礬泥渣、赤泥、污泥及垃圾灰渣、沸石、海泡石、膨潤土、硅藻土、長石、瓷石、硅灰石、伊利石、累托石、浮石、火山灰、葉蠟石、藍晶石及其它冶金廢渣和工業尾礦中的一種或幾種。上述粘土包括高鋁粘土、雜粘土、蛙目粘土，瓷石包括瓷土、瓷泥，藍晶石包括硅線石和紅柱石。
上述中的石灰指生石灰、熟石灰、石灰渣、電石渣及其它含CaO或Ca(OH)2為主的材料中的一種或幾種。
上述中的石膏指天然二水石膏及硬石膏、熟石膏、煅燒石膏、工業磷石膏、脫硫石膏、氟石膏及其它工業廢石膏的一種或幾種。
上述中的輔料指膨潤土、粘土及燒粘土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土粉、礬土及燒礬土、赤泥、水泥、水玻璃、純堿、碳酸鉀、燒堿、硫堿渣、鉻渣、磷酸及磷酸鹽、淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇及其它水溶性樹脂、三乙醇胺、三異丙醇胺、造紙廢液、助磨劑、減水劑及其它無機鹽中的一種或幾種。所述的無機鹽包括硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋁、明礬、氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化亞錫、氯化亞鐵、亞硫酸鈣、硫代硫酸鈉、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈣、硫鋁酸鈉、硫鋁酸鉀、氯化鋁。
上述中的添加劑指石灰、硫酸鹽及亞硫酸鹽、氯鹽、硝酸鹽及亞硝酸鹽、甲酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、無機聚合物、氟鋁酸鹽、氟硅酸鹽、氟化物、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽、硼酸及硼酸鹽、檸檬酸及檸檬鹽、酒石酸及酒石酸鹽、磷酸及磷酸鹽、多聚磷酸及鹽、脲素、水玻璃、水泥及熟料、熟石膏粉、磷酸二氫鋁、磷酸鋁、燒礬土、燒粘土、活性白土、海泡石、沸石、膨潤土、凹凸棒土粉、硅藻土、氫氧化鋁、礦渣及礦渣粉、鋼渣及鋼渣粉、錳渣及錳渣粉、磷渣及磷渣粉、鉛鋅渣及鉛鋅渣粉、粉煤灰及爐渣、石煤渣、矸石渣、垃圾灰渣、赤泥及煅燒赤泥、廢棄水泥石、三乙醇胺、三異丙醇胺、甲基醇胺及殘液、多元醇及下腳料、丙三醇、丙二醇、木鈉、木鎂、木鈣、萘系減水劑、蜜胺系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑、多元接枝共聚減水劑、多元羧酸類減水劑、糖鈣、助磨劑、早強劑、減水早強劑、緩凝劑、促凝劑、纖維、增稠劑、保水劑、乳膠粉、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、甲基纖維素及其它水溶性樹脂、改性淀粉中的一種或幾種。
上述石灰包括生石灰、熟石灰、石灰渣、電石渣，上述硫酸鹽及亞硫酸鹽包括硫酸鈉、硫酸鉀、石膏及煅燒石膏、硫氰酸鈉、硫氰酸鉀、硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鈣、明礬含燒明礬、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、硫酸鎂、硫酸銨，上述氯鹽包括氯化鈣、氯化鉀、氯化鈉、氯化銨、氯化鎂、氯化鋰、氯化鋁、氯化亞錫、氯化錳、氯化鐵、氯化亞鐵，上述碳酸鹽包括碳酸鈉、硫酸鉀、碳酸氫銨、碳酸銨、石灰石、白云石，上述無機聚合物包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵，上述氟鋁酸鹽包括氟鋁酸鈉、氟鋁酸鉀、氟鋁酸鈣、氟鋁酸鎂，上述氟硅酸鹽包括氟硅酸鈉、氟硅酸鉀、氟硅酸鎂，上述氟化物包括氟化鈉、氟化鉀、氟化硅、氟化鋁，上述鋁酸鹽包括鋁酸鈉、鋁酸鉀、鋁酸鎂、鋁酸鈣，上述硫鋁酸鹽包括硫鋁酸鈣、硫鋁酸鉀鈉，上述水玻璃包括鈉水玻璃、鉀水玻璃、鋰水玻璃，上述水泥包括礬土水泥、硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、硅酸鹽水泥，上述纖維包括礦物、植物或合成纖維。
本發明解決了如下的技術問題①低能耗地大量利用廢渣及含硅鋁原料；②各類廢渣及含硅鋁原料水化產生大量的無機膠凝礦物如水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、水化硫鋁酸鈣等；③穩定的水化礦物熱處理為非穩定的(無定形態以及亞穩定亞結晶態)的無水礦物；④體積穩定性和耐久性；⑤可施工性；⑥生產工藝相對簡單、投資較少、便于推廣應用。
本發明的技術原理是利用堿性激發和硫酸鹽激發活化工業廢渣及含硅鋁礦物，在自然養護或蒸養條件下水化合成為含水膠凝礦物(水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、水化硫鋁酸鈣等)，再將含水膠凝礦物熱處理脫水為非穩定狀態(無定形態以及亞穩定亞結晶態)礦物，然后加添加劑粉磨成無機膠凝材料。
即“先合成、再活化(包括熱處理活化、機械活化、化學活化)”工藝生產水泥及膨脹劑。
本發明的優點和顯著效果1.摒棄了傳統水泥“兩磨一燒”的生產方法，采用了“先合成再活化”技術路線。
2.工藝簡單且可調性好，依原料化學分析與衍射分析及產品使用要求可生產滿足不同性能要求的特種水泥及膨脹劑，本技術方法生產的水泥克服了諸如“堿礦渣水泥”、“凝石水泥”、“少熟料水泥”之類的性能及使用弊端，相當于傳統方式生產的水泥及膨脹劑。
3.極大地降低了水泥生產能耗，僅為傳統水泥能耗的18～45％。
4.可大量利用工業廢渣，尤其是電廠粉煤灰、脫硫石膏、磷石膏等。
5.有利于促進無機膠凝材料工藝技術的發展。
6.本技術方法的推廣應用，可有效地減輕水泥工業對資源的消耗和環境的污染，有利于建設節約型社會，實施循環經濟，促進經濟和社會的可持續發展。
具體實施例方式
實施例1按重量百分比，將電廠濕排粉煤灰65％、脫硫石膏20％、礬土3％、電石渣12％，混合均勻、擠壓成塊、自然養護后，于700℃熱處理，加添加劑5％，粉磨細度為80um篩余3.7％，制成。標準稠度23.3％，初凝1:15、終凝2:13，3天抗壓20.3MPa、抗折5.1MPa，28天抗壓39.6MPa、抗折8.4MPa，安定性合格。
實施例2按重量百分比，將電廠干排灰49％、磷石膏35％、石灰渣5％、礬泥渣2％、電石渣9％，混合均勻壓成塊堆放自然養護后。于750℃熱處理，加添加劑6.5％，粉磨細度80um篩余2.7％，制成。標準稠度22.7％，初凝2:31、終凝3:49，3天抗壓24.4MPa、抗折5.9MPa，28天抗壓42.6MPa、抗折8.8MPa，安定性合格。
實施例3按重量百分比，將電廠濕排灰35％、磷石膏50％、石灰渣10％、電石渣5％，混合均勻壓成塊、蒸養后，于800℃熱處理，加添加劑4.5％，粉磨細度80um篩余2.5％，制成。標準稠度21.9％，初凝1:33、終凝2:27，1天抗壓強度15.8MPa、抗折3.6MPa，3天抗壓強度35.4MPa、抗折7.1MPa，28天抗壓43.6MPa、抗折8.8MPa，安定性合格。
實施例4按重量百分比，將礦渣37％、爐渣21％、磷石膏21％、電石渣7％、石灰渣4％、礬土7％、造紙廢液3％，碾壓混合料壓實堆放，自然養護后，于700℃熱處理，加添加劑8.5％，粉磨細度80um篩余2.4％，制成。標準稠度23.4％，初凝1:33、終凝2:21，3天抗壓31.7MPa、抗折6.4MPa，28天抗壓47.6MPa、抗折9.7MPa，安定性合格。
實施例5按重量百分比，將鋼渣45％、粉煤灰15％、氟石膏19.5％、石灰渣6％、電石渣9％、膨潤土1.5％、水3％，碾壓混合料壓實堆放，自然養護后，于700℃熱處理，加添加劑4.5％，粉磨細度80um篩余2.2％，制成。標準稠度22.3％，初凝3:15、終凝4:09，3天抗壓31.7MPa、抗折5.9MPa，28天抗壓47.6MPa、抗折9.2MPa，安定性合格。
權利要求
1.一種先合成再活化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于將工業廢渣及含硅鋁原料、石灰、石膏、輔料及水按比例混合均勻為混合料，然后將混合料壓實堆存或壓制成塊，自然養護或蒸養讓其充分反應，之后在450℃～850℃熱處理活化，加添加劑粉磨至80um篩余＜15％，即為無機膠凝材料。
2.根據權利要求1所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述混合料重量百分配比為工業廢渣及含硅鋁原料30～90％、石灰0～40％、石膏5～70％、輔料0～30％、水0～30％。
3.根據權利要求1所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述無機膠凝材料重量百分配比為混合料經450℃～850℃熱處理后的無機物50～100％，添加劑0～50％。
4.根據權利要求1所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述的工業廢渣及含硅鋁原料指粉煤灰、煤渣及煤渣粉、煤矸石及燒矸石、石煤及石煤渣、廢棄水泥石、礦渣及礦渣粉、鋼渣及鋼渣粉、錳渣及錳渣粉、磷渣及磷渣粉、磚渣及磚渣粉、鉛鋅渣及渣粉、鉻渣及鉻渣粉、粘土及燒粘土、高嶺土及燒高嶺土、白土、礬土及燒礬土、頁巖及燒頁巖、石煤及燒石煤、霞石、礬泥渣、赤泥、污泥及垃圾灰渣、沸石、海泡石、膨潤土、硅藻土、長石、瓷石、硅灰石、伊利石、累托石、浮石、火山灰、葉蠟石、藍晶石及其它冶金廢渣和工業尾礦中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述的輔料指膨潤土、粘土及燒粘土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土粉、礬土及燒礬土、赤泥、水泥、水玻璃、純堿、碳酸鉀、燒堿、硫堿渣、鉻渣、磷℃酸及磷酸鹽、淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇及其它水溶性樹脂、三乙醇胺、三異丙醇胺、造紙廢液、助磨劑、減水劑及其它無機鹽中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述的添加劑指石灰、硫酸鹽及亞硫酸鹽、氯鹽、硝酸鹽及亞硝酸鹽、甲酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、無機聚合物、氟鋁酸鹽、氟硅酸鹽、氟化物、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽、硼酸及硼酸鹽、檸檬酸及檸檬鹽、酒石酸及酒石酸鹽、磷酸及磷酸鹽、多聚磷酸及鹽、脲素、水玻璃、水泥及熟料、熟石膏粉、磷酸二氫鋁、磷酸鋁、燒礬土、燒粘土、海泡石、沸石、膨潤土、凹凸棒土粉、硅藻土、氫氧化鋁、礦渣及礦渣粉、鋼渣及鋼渣粉、錳渣及錳渣粉、磷渣及磷渣粉、鉛鋅渣及鉛鋅渣粉、粉煤灰及爐渣、石煤渣、矸石渣、垃圾灰渣、赤泥及煅燒赤泥、廢棄水泥石、三乙醇胺、三異丙醇胺、甲基醇胺及殘液、多元醇及下腳料、丙三醇、丙二醇、木鈉、木鎂、木鈣、萘系減水劑、蜜胺系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑、多元接枝共聚減水劑、多元羧酸類減水劑、糖鈣、助磨劑、早強劑、減水早強劑、緩凝劑、促凝劑、纖維、增稠劑、保水劑、乳膠粉、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、甲基纖維素及其它水溶性樹脂、改性淀粉中的一種或幾種。
7.根據權利要求6所述的先合成再合化工藝制造無機膠凝材料，其特征在于所述的無機鹽包括硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋁、明礬、氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化亞錫、氯化亞鐵、亞硫酸鈣、硫代硫酸鈉、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈣、硫鋁酸鈉、硫鋁酸鉀、氯化鋁。
全文摘要
一種先合成再活化工藝制造無機膠凝材料，將工業廢渣及含硅鋁原料、石灰、石膏、輔料及水按比例混合均勻為混合料，然后將混合料壓實堆存或壓制成塊，自然養護或蒸養讓其充分反應，之后在450℃～850℃熱處理活化，加添加劑粉磨至80μm篩余＜15％，即為無機膠凝材料作為特種水泥或膨脹劑。各項物理性能指標、體積穩定性、耐久性及施工性能好，且能耗低、污染少、成本低。
文檔編號C04B111/72GK1990413SQ20051013662
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者尹小林 申請人:尹小林