一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用技术方案

本发明专利技术提供一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。本发明专利技术的硫铝铁系水泥其原料包括或由高炉渣、脱硫石膏、铝灰和钢渣组成，生料碱度系数为0.81

【技术实现步骤摘要】
一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用


[0001]本专利技术涉及固体废弃物利用领域，具体涉及一种硫铝铁系水泥、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]当今世界各国在海洋工程建设中都采用通用硅酸盐水泥或改性的硅酸盐水泥，比如通过掺加硅灰、超细矿粉等各类添加剂来增强水泥耐久性。硅酸盐水泥水化产物主要是3CaO
·
SiO2、2CaO
·
SiO2、3CaO
·
Al2O3和 4CaO
·
Al2O3·
Fe2O3，容易受到海水的腐蚀破坏，导致该种水泥的耐海水腐蚀性能较差，这是海洋工程中水泥混凝土产生腐蚀现象的基本因素。掺加硅灰、超细矿粉等添加剂的改性硅酸盐水泥的耐久性略强于普通硅酸盐水泥，但超细矿粉的研磨要消耗大量能源，掺加硅灰和添加剂会增加水泥的成本，而且改性硅酸盐水泥的性能提升并不明显。
[0004]在传统的硫铝酸盐水泥生产中，主要原料为高品质铝矾土、石灰石和石膏，经过生料选择、配料、破碎、粉磨、煅烧(1300
‑
1350℃)和熟料粉磨等一系列环节制备得到硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥熟料主要矿物物相为硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相，要求熟料中Al2O3在28～40％wt，而且传统工艺中，为保证固相反应完全、生成有效矿相，需保证生料中高CaO含量，但这也提高了对原料的品质要求，提高了成本。

技术实现思路

[0005]为了改善现有技术的不足，本申请提供了一种硫铝铁系水泥(高铁硫铝酸盐水泥)、其制备方法、系统和其在海洋工程材料中的应用。
[0006]在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种硫铝铁系水泥，其原料包括或由高炉渣、脱硫石膏、铝灰和钢渣组成，生料碱度系数为0.81
‑
0.9。
[0007]在本专利技术的实施方式中，所述高炉渣为高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物；主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述高炉渣的成分中包括44～54％wtCaO、18～28％wt SiO2和8～16％wt Al2O3。
[0009]在进一步的实施方式中，所述高炉渣主要成分为：CaO：48.84％wt， SiO2：24.66％wt，Al2O3：11.37％wt，Fe2O3：0.49％wt，MgO：11.4％wt。
[0010]在本专利技术的实施方式中，所述硫铝铁系水泥生料中CaO占32
‑
40重量份、SiO2占6
‑
12重量份、Al2O3占18
‑
26重量份、Fe2O3占10
‑
15重量份、 SO3占10
‑
18重量份，其中，铝硫比为
1.0
‑
1.8。
[0011]本专利技术将高炉渣作为硫铝酸盐水泥原料大量利用，并且通过生料化学组成和铝硫比等关键参数的控制，突破传统硫铝酸盐水泥生产工艺中的碱度系数要求，可将其降低至0.81
‑
0.9；碱度系数降低减少了水泥生料中CaO 的含量，进而降低了对石灰石等高钙原料的依赖。
[0012]在本专利技术的实施方式中，水泥熟料中的矿物组成包括50
‑
70wt％硫铝酸钙、0
‑
20wt％钙铝黄长石和0
‑
20wt％硫铝铁酸钙。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，水泥熟料中的矿物组成包括50
‑
70wt％硫铝酸钙、0.5
‑
20wt％钙铝黄长石和0.5
‑
20wt％硫铝铁酸钙
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，水泥熟料中的矿物组成包括58wt％硫铝酸钙、20wt％钙铝黄长石和8wt％硫铝铁酸钙。
[0015]在本专利技术的实施方式中，其3d抗压强度≥49.7MPa、3d抗折强度≥ 6.9MPa。以及，在氯离子溶液浸泡下，本专利技术的硫铝铁系水泥1d、3d、28d 的抗蚀系数均大于1，说明氯离子溶液可以促进高炉渣生产的硫铝铁系水泥的轻度增长。
[0016]高铁硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗等性能优势，尤其是耐海水腐蚀性能特别优异，非常适合用作海洋工程材料，但受制于原料价格高，铁铝酸盐水泥无法广泛应用。本专利技术以高炉渣为原料，使用高炉渣生产的高铁硫铝酸盐水泥成本远低于普通的硫铝酸盐水泥，且3d抗压、抗折强度就可以达到49.7MPa和6.9MPa，完全符合普通425硫铝酸盐水泥的强度标准，因此以高炉渣为原料生产的高铁硫铝酸盐水泥可以被推广为海洋工程材料。
[0017]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种制备上述第一方面中所述的硫铝铁系水泥的方法，其包括：将粉磨后的高炉渣与干燥的脱硫石膏、铝灰和钢渣进行混匀均化，将均化后的生料进行煅烧，煅烧温度为1150℃
ꢀ‑
1180℃，煅烧时间为20
‑
60min，得到水泥熟料。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述方法包括：将粉磨后的高炉渣与干燥的脱硫石膏、铝灰和钢渣混匀均化，生料碱度系数为0.81
‑
0.9，均化后的生料中CaO占32
‑
40重量份、SiO2占6
‑
12重量份、Al2O3占18
‑
26重量份、Fe2O3占10
‑
15重量份、SO3占10
‑
18重量份，铝硫比为1.0
‑
1.8；将均化后的生料输送至回转窑中进行煅烧，煅烧温度低于1200℃，煅烧时间为 20
‑
60min，得到水泥熟料。
[0019]传统硫铝酸盐水泥生产过程中，如果水泥生料中Fe2O3的含量过高时，会生成作用较小的铁铝酸四钙，无法维持硫铝酸盐水泥早强、高强的特性。为了保证硫铝酸钙的生成数量和质量，通常需要控制水泥生料中Fe2O3的含量在3％以下，即水泥生料中仅能添加少量的含铁矿物。但是Fe的含量过低会严重影响煅烧温度，导致熟料矿相无法正常生成，降低水泥性能。
[0020]在本专利技术的实施方式中，均化后的生料中，钙含量和铝含量低于传统工艺，而铁含量与硫含量明显高于传统工艺。采用本专利技术的制备方法，可以使得水泥生料中的Al2O3含量低于传统生产工艺，Fe2O3含量高于传统生产工艺，并且大大降低了煅烧温度，拓展了工艺的适用范围。
[0021]在本专利技术的实施方式中，生料碱度系数可降低至0.81
‑
0.9，突破了传统硫铝酸盐水泥生产工艺中的碱度系数要求，碱度系数降低减少了水泥生料中CaO的含量，进而降低了
对石灰石等高钙原料的依赖。而高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫铝铁系水泥，其原料包括或由高炉渣、脱硫石膏、铝灰和钢渣组成，生料碱度系数为0.81
‑
0.9。2.根据权利要求1所述的硫铝铁系水泥，其特征在于，所述高炉渣为高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂中的非挥发组分形成的固体废物；优选地，所述高炉渣的成分中包括44～54％wt CaO、18～28％wt SiO2和8～16％wt Al2O3。3.根据权利要求1或2所述的硫铝铁系水泥，其特征在于，所述硫铝铁系水泥生料中CaO占32
‑
40重量份、SiO2占6
‑
12重量份、Al2O3占18
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26重量份、Fe2O3占10
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15重量份、SO3占10
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18重量份，其中，铝硫比为1.0
‑
1.8。4.根据权利要求1或2所述的硫铝铁系水泥，其特征在于，水泥熟料中的矿物组成包括50
‑
70wt％硫铝酸钙、0
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20wt％钙铝黄长石和0
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20wt％硫铝铁酸钙。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭江，张子良，王文龙，李敬伟，毛岩鹏，宋占龙，孙静，赵希强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：