用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法技术

本发明专利技术涉及用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法，其中在500和1250℃之间，优选在550和1150℃之间，最优选在700和900℃之间的温度范围内使用包含矿物质的燃料煅烧粘土，燃料的矿物质和经煅烧的粘土所得的混合物形成所述的火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物，通过燃料引入水硬性水泥熟料替代物的矿物质的比例为1和60重量％之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法
用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法。
技术介绍
水泥工业每年产生的CO2排放量大约为4Gt。因此存在降低每公吨水泥的CO2排放量的方法，例如通过生物质燃料、余热回收、通过火山灰代替水泥熟料或者来自烟气的CO2的沉积这些措施。此处特别有效的措施是通过使用火山灰物质(如炉渣砂、粉煤灰、天然火山灰、或石灰石)代替部分熟料来降低熟料因子。为了保持目前为76的整体熟料因子(wwwb.wbcsdcement.or)，在每年水泥生产量大约4Gt的情况下，大约需要1Gt的熟料替代物。在全球水泥生产量增加的背景下，熟料替代物的需求将进一步增加。根据材料的区域可用性和获得材料的相关成本和物流而做出有利于粘合剂替代物的决定。再者，在水泥中，任何熟料替代物(石灰石、炉渣砂、粉煤灰、火山灰)特别有助于水化反应并因此有助于强度的发展。根据水泥的用途，粘合剂组合物的规定和混凝土标准，在欧洲熟料替代物的水平为5-95％(CEMIIA/B，CEMIIIC)，除了次要成分(0-5％)。然而，特别地通常可以仅加入至多约20％的石灰石而没有粘合剂性能的关键损失。其它一系列标准以及国家有效性并不指向粘合剂组合物而是仅指向粘合剂的功能性，并允许火山灰添加剂的甚至更高的加入水平(例如，ASTMC595,SNI15-0302-2004)，或者在水泥组成方面完全没有规定(ASTMC1157)。另一熟料替代物，虽然到目前为止已经很少使用，但其构成经煅烧的粘土，可被用作熟料代替物和水泥和混凝土中的添加剂。DE102011014498B4更详细地描述了用于从经煅烧的粘土制备熟料代替物的方法。粘土矿物是层状硅酸盐-片状或层状硅酸盐-其特征在于富硅、富铝或富硅和富铝层与氢氧化物、碱金属，或水的中间层的交替堆叠。此外，廉价的粘土经常具有例如由于升高的铁水平造成的杂质。取决于铁的表现形式，升高的铁水平特别地可以在煅烧时导致通常的变红症，所述变红症首先在经煅烧的粘土中然后当粘土用作熟料替代物时在水泥和混凝土中显现出来，这种变色源自变红的三价铁。鉴于高纯度粘土的费用，因此仅考虑简单廉价级别的粘土作为粘合剂的熟料替代物。粘土表现形式-特别是具有低纯度的那些-很普遍。为了校正变红症，DE102011014498B4提出在还原条件下的特殊冷却方法，或者在冷却器中注入油以产生还原气氛。在这种还原气氛下，赤铁矿中高达1/3的变红的三价铁被还原，并形成灰口铁-铁尖晶石(磁铁矿)。在由最终客户验收水泥的情况下，灰色颜色可以赋予特别的重要性。在粘土的煅烧中，煅烧例如在旋转窑、悬浮式换热器、流化床中进行或者在多层式炉中进行，粘土矿物首先失去表面水，然后失去结构水。这种失去水的结果是结晶粘土矿物至X射线无定形元粘土矿物的相变。当进一步加热(500-1250℃)粘土矿物时，元粘土矿物的熔化伴随着铝硅酸盐玻璃或其它的(在合适的化学/矿物学组成的情况下)高温相(如多铝红柱石或方石英)的形成。内燃烧的火焰温度难于在低温度范围内调节。出于此原因，通常使用外燃烧室来煅烧粘土，并且使用冷却器外部的空气使热气体达到期望的煅烧操作温度。这种方法的固有缺陷是高水平的过量空气，因此原始粘土材料的铁化合物具有广泛氧化的风险。经煅烧的粘土的火山灰的性质有利于用作熟料替代物。进一步的有利解决方案是将经煅烧的粘土与提高水泥的其它品质(例如，可加工性，需水量，或水化反应性)或者允许较高的熟料替代率的那些材料(例如粉煤灰)结合。已知的实践是通过共同研磨或者通过在混合单元中混合经煅烧的粘土和粉煤灰而产生复合水泥。然而，在两种情况下，不仅需要煅烧单元还需要进一步储存和用于混合水泥的所有成分的相关的传送和混合设备。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法，所述方法特别地更经济有效并且更快速制备。根据本专利技术，通过所描述的特征实现该目的。在本专利技术的用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法中，使用包含矿物质的燃料在500-1250℃，优选550-1150℃，更优选700-900℃范围的温度下煅烧粘土，并且燃料的矿物质和经煅烧的粘土所得的混合物形成火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物，其中通过燃料引入潜在水硬性水泥熟料替代物的矿物质的分数为1-60重量％。根据本专利技术的方法，经煅烧的粘土和矿物质(例如粉煤灰)的混合物在煅烧操作本身的过程中产生。因此不需要储存和传送单独组分(经煅烧的粘土和粉煤灰)，也不需要分离的混合操作。描述本专利技术的进一步实施方案。选择用于煅烧粘土的燃料使得通过燃料引入潜在水硬性水泥熟料替代物的矿物质的分数优选为3-55重量％，最优选5-50重量％。理想地，分数为20-40重量％。优选的燃料，或者得自于优选燃料的矿物质优选具有0.13-1.4重量％，优选0.26-0.87重量％的Al2O3与SiO2的比例，和小于80重量％，优选0.5-50重量％的CaO含量。因此天然气和原油不是优选的燃料，因为由于35-50MJ/kg的高的总热值和2-3重量％以下的低灰分含量，而用于煅烧粘土的煅烧的平均能量需求为2-3MJ/kg，天然气和原油仅将来自燃料的0.1-1重量％的低分数的灰分引入水泥熟料替代物中。再者，在原油的情况下，存在燃烧伴随着释放例如钒化合物和铬化合物的问题，所述钒化合物和铬化合物在燃烧单元内是腐蚀性的因此是不期望的。同样在水泥熟料替代物中，由于可能的Cr6+含量，升高的铬水平是不利的。在许多情况下，来自垃圾焚烧的残渣的用处也是非常有限的，因为塑料的燃烧伴随着特别是氯化物的释放，然后氯化物紧紧束缚在水泥熟料替代物中并将非常快速地超过粘合剂中0.1重量％的氯极限水平。此外，应确保水泥熟料替代物的所有碱金属含量在4重量％以下，以限制不希望的碱金属硅酸盐反应。已经证明0.25-2.5重量％的碱金属含量特别地适合于火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物。同样应避免具有升高的磷水平的燃料(正如污水污泥的情况)，或者应当在调节燃料中加入少量的具有升高的磷水平的燃料，因为在实践中水泥中的磷含量限制为0.5重量％，其结果是如果使用污水污泥那么升高的磷水平将对整个过程产生极大不利影响。因此，煤炭已经显现了作为燃料所具有的特别优点。可以以各种方式影响根据本专利技术制备的火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的性质。例如，经煅烧的粘土和矿物质的比例基本上由所使用的燃料决定，其中除了燃料中存在的矿物质分数(特别是灰分含量)之外，热值也具有重要意义。由于煅烧粘土需要一定量的热，所用的燃料的量和因此通过燃料引入的矿物质的量基本上取决于燃料的热值。对于粘土的煅烧，优选使用具有3500–35000kJ/kg范围的热值的燃料，更特别地使用煤炭。因此以具体方式通过待使用的燃料或不同燃料的混合物确定矿物质的期望量。根据水泥熟料替代物的期望性质，计算供应于煅烧操作的矿物质的分数使得在水泥熟料替代物中经煅烧的粘土与矿物质的规定混合比例在0.5:1-20:1的范围内。另一用于调整水泥熟料替代物性质的方法为煅烧使用的燃料的粒径分布和/或燃料中含有的矿物质的组成。因此，例如可以通过将燃料粉碎至规定的粒径分布调整水泥熟料替代物的可加工性(特别是需水量)。所用的燃料(更特本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物(10)的方法，所述方法通过在500至1250℃的温度范围下使用包含矿物质的燃料(2)煅烧粘土(4)，其中燃料(2)的矿物质和经煅烧的粘土(4)所得的混合物形成火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物(10)，其中通过燃料(2)引入水硬性水泥熟料替代物(10)的矿物质的分数为1‑60重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.04 DE 102013113475.01.用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物(10)的方法，所述方法通过在500至1250℃的温度范围下使用粒径在0.05至1mm范围内并且热值在3500至35,000kJ/kg范围内的煤炭煅烧粘土(4)，其中煤炭的矿物质和经煅烧的粘土(4)所得的混合物形成火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物(10)，其特征在于使用煤炭煅烧粘土使得在潜在水硬性水泥熟料替代物(10)中通过煤炭引入潜在水硬性水泥熟料替代物(10)的矿物质的分数为20至40重量％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用煤炭煅烧粘土(4)，所述煤炭的引入潜在水硬性水泥熟料替代物(10)的矿物质具有0.13-1.4重量％的Al2O3与SiO2的比例和小于80重量％的CaO含量。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·罗洛夫，M·恩德斯，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯工业解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE