專利名稱：一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種水泥，尤其涉及一種利用工業廢渣及尾礦生產中熱硅酸鹽水泥。
背景技術：
目前，大體積混凝土工程尤其是大壩混凝土，由于水化放熱導致其內部溫度升高， 內部溫度過高則可能導致混凝土內外溫差過大，從而產生較大的溫度應力；當溫度應力大于混凝土的抗拉強度時，會導致大體積混凝土的開裂；因此，一般大體積混凝土工程尤其是水電大壩工程，通常采用水化放熱相對較少的中熱硅酸鹽水泥做凝膠材料，然而在應用、研究過程中發現，中熱硅酸鹽水泥澆筑的混凝土的自生體積變形有微收縮，從而影響了混凝土的抗裂性能。此外，堿集料反應造成的破壞性膨脹也是導致大體積混凝土尤其大壩混凝土產生裂縫的主要原因之一。隨著水電工程對大壩混凝土技術要求的提高，僅僅具有中等水化熱的水泥是不能避免大壩建設中混凝土堿集料反應、混凝土干縮等問題引起混凝土開裂的風險。因此，水電工程大壩用中熱水泥則需要堿含量更低并具有微膨脹特性的中熱硅酸鹽水泥。針對上述問題，中國專利申請(申請號為200810031986. 3)公開了一種高鎂中熱硅酸鹽水泥，該中熱水泥MgO、SO3含量分別在3. 0 6. 5%，1. 4 2. 2%，用其磨制水泥的熟料的礦物組成重量百分比C3S ;35 55%，C2S 15 ;35%，C3A 1 6%，C4AF 10 25%; 且上述水泥熟料中，MgO含量在3. 0 6. 5%;用其煅燒熟料的生料中，其成分為CaO 38 48%，Fe2033. 5 4. 5%,MgO 2. 5 3. 8%，并指出該中熱水泥配制的混凝土具有流動性好、 需水量低、水化熱中等、后期強度高、耐久性好且具有微膨脹性能等特點，比傳統的硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥更有利于實現混凝土的高性能化。上述方法雖然提供了一種使中熱硅酸鹽水泥具有微膨脹特性的方法，但是在堿含量上沒有更嚴的要求。混凝土原材料(包括水泥)中堿性物質過高會引起堿集料反應，產生膨脹物質引起混凝土產生內部自膨脹應力造成混凝土開裂從而影響混凝土耐久性。再者， 從資源綜合利用的角度出發，利于廢棄物進行中熱水泥生產對環境保護具有重大意義。隨著市場經濟的發展，水泥行業結構調整力度加大，國家倡導綠色環保型產品，逐漸提高工業廢渣的利用率，減少廢渣對生態環境的污染，減少廢渣的堆放占用耕地，變廢為寶，大力開發廢渣資源，生產綠色環保型產品，節約能源，降低生產成本已經成為國際水泥工業可持續發展的方向。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥。本發明的技術方案本發明提供了一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥，水泥以石灰質原料、粘土質原料、 鎂質原料、鋁礦廢石和銅礦渣為原料經過生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨制得，其中原料配比重量組成為石灰質原料67 80%，粘土質原料8 15%，鎂質原料7 13%，鋁礦廢石0. 5 5%，銅礦S 4 9%。優選的，上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥中S03、MgO、堿含量(R2O)重量百分含量分別控制為1. 5 3. 0%,3 ~ 5%,0. 25 0. 50%。本發明中堿含量(&0)均按Na20+0. 658K20計算值表示。本發明還提供了制備上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用生料，其中A1203、Fe2O3^ MgO、R2O 的含量分別控制為1. 4 2. 5%,2. 8 4. 0%,2. 0 3. 3%和 0. 10 0. 30%。進一步地，本發明還提供了制備上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用熟料，其中 Al2O3、Fe203> MgO、R2O 的含量分別控制為 3. 5 4. 5%、5. 0 6. 0%、3. 0 5. 0%、0. 25
0.50%，且 f-CaO ^ 0. 8%0本發明還提供了上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其制備過程主要分為生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨三個工序，即所謂“二磨一燒”；其中生料粉磨工序中采用的原料為石灰質原料，粘土質原料，鎂質原料和校正原料，其特征在于所述校正原料為鋁礦廢石和銅礦渣；原料配比重量組成為石灰質原料67 80%，粘土質原料8 15%，鎂質原料7 13%，鋁礦廢石0.5 5%，銅礦渣4 9%。進一步的，上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，所述石灰質原料中CaO、 R2O的含量分別控制為50. 0 55. 0%、0 0. 20% ；所述粘土質原料中Si02、R2O的含量分別控制為80. 0 90. 0%、0 1. 50% ；所述鎂質原料中MgO、R2O的含量分別控制為 18. 0 25. 0%，0 0. 20%；所述鋁礦廢石中Al2O3A2O的含量分別控制為20. 0 40. 0%， 0 0. 70% ；所述銅礦渣中Fe203> R2O的含量分別控制為40. 0 60. 0%，0 1. 5% ；上述含量均以重量百分含量計。優選的，上述石灰質原料為石灰石，粘土質原料為砂巖，鎂質原料為白云石。其中，所述生料粉磨工序中，生料中的A1203、Fe203> MgO、R2O的含量分別控制為
1.4 2. 5%、2. 8 4. 0%、2. 0 3. 3%和0. 10 0. 30%。，上述含量均以重量百分含量計。其中，所述熟料煅燒工序中，熟料中的A1203、Fe2O3^ MgO、R2O的含量分別控制為 3. 5 4. 5%,5. 0 6· 0%,3. 0 5· 0%,0. 25 0. 50%，且 f_Ca0 彡 0. 8%。其中，所述熟料煅燒工序中，采用洗混煤為燃料，燃料煤灰堿含量< 2. 0%。其中，所述水泥粉磨工序中，中熱硅酸鹽水泥熟料與石膏混合，中熱硅酸鹽水泥熟料與石膏重量百分比為95 5 97 3，石膏為二級及以上天然石膏，堿含量0 0.5%， S0333. 0 45. 0%。本發明的有益效果本發明利用水泥熟料中低(#、高(^^、高C2S礦物設計，使生產的水泥收縮性小，并將中熱硅酸鹽水泥中的MgO提高到3 5%，充分發揮MgO的微膨脹性能；所得中熱硅酸鹽水泥具有堿含量低、中等水化熱、強度高、微膨脹等特性。堿含量< 0. 50%，低于 GB200-2003中< 0. 60%要求；水化熱低，3天水化熱< 231kJ/kg、7天水化熱< 273kJ/kg ； 28天抗壓強度高且穩定，在48. 5士3. 5MPa范圍。此外，本發明采用工業廢渣銅礦渣作鐵質校正原料，鋁礦廢石作鋁質校正原料，既解決固體廢氣物對環境的污染，也變廢為寶，同時對提高中熱水泥性能非常有利。
具體實施例方式本發明提供了一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥，水泥以石灰質原料、粘土質原料、 鎂質原料、鋁礦廢石和銅礦渣為原料經過生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨制得，其中原料配比重量組成為石灰質原料67 80%，粘土質原料8 15%，鎂質原料7 13%，鋁礦廢石0. 5 5%，銅礦S 4 9%。優選的，上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥中S03、MgO、堿含量(R2O)重量百分含量分別控制為1. 5 3. 0%,3 ~ 5%,0. 25 0. 50%。本發明還提供了制備上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用生料，其中A1203、Fe2O3^ MgO、R2O 的含量分別控制為1. 4 2. 5%,2. 8 4. 0%,2. 0 3. 3%和 0. 10 0. 30%。進一步的，本發明還提供了制備上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用熟料，其中 Al2O3、Fe203> MgO、R2O 的含量分別控制為 3. 5 4. 5%、5. 0 6. 0%、3. 0 5. 0%、0. 25 0. 50%，且 f-CaO ^ 0. 8%0本發明還提供了上述低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其制備過程主要分為生料粉磨、熟料煅燒(煅燒制水泥熟料)、水泥粉磨三個工序，即所謂“二磨一燒”;其中生料粉磨工序中采用的原料為石灰質原料，粘土質原料，鎂質原料和校正原料，所述校正原料為鋁礦廢石和銅礦渣。上述堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法具體為生料的原料配比重量組成為石灰石67 80%，砂巖8 15%，白云石7 13%， 鋁礦廢石0. 5 5%，銅礦渣4 9% ；將各原料按配比要求在生料磨中磨制成細度0. 08mm 篩余不大于16.0% ；將上述生料送入新型干法回轉窯中噴煤煅燒，選用洗混煤為燃料，洗混煤發熱量 (Qnet, ad)彡 5400cal/g，燃料煤灰堿含量< 2. 0%，全硫< 2.0% ；上述生料在新型干法回轉窯中噴煤煅燒得到低堿中熱硅酸鹽水泥熟料，熟料中的 Al2O3、Fe203> MgO、R2O 的含量分別控制為 3. 5 4. 5%、5. 0 6. 0%、3. 0 5. 0%、0. 25 0.50%，且f-Ca0彡0.8% ；控制水泥熟料的主要礦物組成為C3S ；35 M%，C2S 20 34%, C3A 0 ~ 4%, C4AF 15 18% ；控制水泥熟料率值范圍為KH = 0. 840 0. 900，SM =2. 30 2. 80，IM = 0. 65 0. 90，其中C3S是指硅酸三鈣，C2S指硅酸二鈣，C3A指鋁酸三鈣，C4AF指鐵鋁酸四鈣；KH是石灰飽和系數，SM是硅酸率，IM是鋁率；將重量百分比為95 97%的上述中熱硅酸鹽水泥熟料與質量百分比為3 5% 的石膏混合共同粉磨至細度0. 08mm篩余不大于4. 0%、比表面積為觀0 330m2/kg的粉體，同時要求粉體中SO3含量控制在1. 5 3. 0%，MgO含量在3 5%，含量在0. 25 0. 50%，即可得到具有低堿微膨脹特性中熱硅酸鹽水泥；其中，石膏結晶水> 16.0%，堿含量 0 0. 5%，S0s33. 0 45. 0%o以下通過具體實施例的方式對本發明做進一步詳述。實施例采用一定配比的石灰石、高硅砂巖、銅礦渣、白云石、鋁礦廢石等作為生料進行配料，原材料主要化學成分見表1，燃料的工業分析結果和主要化學成分見表2和表3，生料配料比見表4，生料主要化學成分及率值見表5;采用新型干法回轉窯煅燒出中熱硅酸鹽水泥熟料，熟料主要化學成分見表6，熟料率值及主要礦物組成見表7 ；將所得熟料與石膏粉磨得中熱硅酸鹽水泥，其主要化學成分控制指標及常規物理性能分別見表8和表9。其中燃料為洗混煤，洗混煤是樂山市、峨眉山市洗混煤加工廠采用煙煤為原煤破碎后用水沖洗選分， 再與破碎的無煙煤搭配，配制出的符合用戶要求的洗混煤。表1原材料主要化學成分(重量百分比％ )
權利要求
1.一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥，其特征在于水泥以石灰質原料、粘土質原料、鎂質原料、鋁礦廢石和銅礦渣為原料經過生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨制得，其中原料重量配比為石灰質原料67 80 %，粘土質原料8 15 %，鎂質原料7 13 %，鋁礦廢石0. 5 5%，銅礦渣4 9%。
2.根據權利要求1所述的一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥，其特征在于水泥中S03、 MgO, R2O的重量含量分別控制為1. 5 3. 0%，3 5%，0. 25 0. 50%。
3.一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用生料，其特征在于生料中A1203、Fe203> MgO、R2O 的含量分別控制為1. 4 2. 5%,2. 8 4. 0%,2. 0 3. 3%和0. 10 0. 30%。
4.一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥用熟料，其特征在于熟料中的Al2O3、！^203、 MgO、R2O 的含量分別控制為 3. 5 4. 5%、5. 0 6. 0%、3. 0 5. 0%、0. 25 0. 50%，且 f-CaO 彡 0. 8%。
5.制備低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的方法，其制備過程主要分為生料粉磨、熟料煅燒、 水泥粉磨三個工序，即所謂“二磨一燒”；其中生料粉磨工序中采用的原料為石灰質原料，粘土質原料，鎂質原料和校正原料，其特征在于所述校正原料為鋁礦廢石和銅礦渣；原料配比重量組成為石灰質原料67 80%，粘土質原料8 15%，鎂質原料7 13%，鋁礦廢石0. 5 5%，銅礦S 4 9%。
6.根據權利要求5所述的低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其特征在于，所述石灰質原料中Ca0、R20的含量分別控制為50. 0 55. 0%、0 0. 20% ；所述粘土質原料中SiO2, R2O的含量分別控制為:80. 0 90. 0%、0 1. 50% ；所述鎂質原料中MgOJ2O的含量分別控制為18. 0 25. 0%，0 0. 20% ；所述鋁礦廢石中Al2O3J2O的含量分別控制為:20. 0 40. 0%，0 0. 70% ；所述銅礦渣中F%03、I 20的含量分別控制為40. 0 60. 0%，0 1. 5% ；上述含量均以重量百分含量計。
7.根據權利要求5或6所述的低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其特征在于，所述石灰質原料為石灰石，粘土質原料為砂巖，鎂質原料為白云石。
8.根據權利要求5-7任一項所述的低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其特征在于生料粉磨工序中，生料中的A1203、Fe2O3> MgO、R2O的含量分別控制為1. 4 2. 5%、 2. 8 4. 0%,2. 0 3. 3%和 0. 10 0. 30% ；熟料煅燒工序中，熟料中的Al2O3、！^e203、Mg0、I 20的含量分別控制為3. 5 4. 5%、5. 0 6. 0%,3. 0 5· 0%,0. 25 0. 50%，且 f_CaO 彡 0. 8%。
9.根據權利要求5-8任一項所述的低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其特征在于，所述熟料煅燒工序中，采用洗混煤為燃料，燃料煤灰堿含量< 2. 0%。
10.根據權利要求5-9任一項所述的低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥的制備方法，其特征在于，所述水泥粉磨工序中，中熱硅酸鹽水泥熟料與石膏混合，中熱硅酸鹽水泥熟料與石膏重量百分比為95 5 97 3，石膏為二級及以上，堿含量0 0. 5%，S0333 . 0 45. 0%。
全文摘要
本發明公開了一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥及其生產方法，屬于水泥領域。本發明提供了一種低堿微膨脹中熱硅酸鹽水泥，水泥以石灰質原料、粘土質原料、鎂質原料、鋁礦廢石和銅礦渣為原料經過生料粉磨、熟料煅燒、水泥粉磨制得，其中原料配比重量組成為石灰質原料67～80％，粘土質原料8～15％，鎂質原料7～13％，鋁礦廢石0.5～5％，銅礦渣4～9％。本發明所得中熱硅酸鹽水泥堿含量≤0.50％，3天水化熱≤231kJ/kg、7天水化熱≤273kJ/kg。本發明采用工業廢渣銅礦渣作鐵質校正原料，鋁礦廢石作鋁質校正原料，既解決固體廢氣物對環境的污染，變廢為寶，同時提高了中熱水泥的性能。
文檔編號C04B7/38GK102249568SQ201110123300
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者萬凱洪, 王燕, 耿建平, 許曉英, 譚承林 申請人:四川峨勝水泥集團股份有限公司