一种大掺量钢渣-脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法技术

本发明专利技术公开了一种大掺量钢渣

【技术实现步骤摘要】
一种大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法


[0001]本专利技术涉及水泥生产技术，具体地指一种大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法。

技术介绍

[0002]硫铝酸盐水泥是以适当比例的石灰石、铝矾土、石膏为原料，经低温(1350
±
50℃)煅烧而成的，属CaO
‑
Al2O3‑
SiO2‑
Fe2O3‑
SO3体系，其以硫铝酸钙(C4A3S)，硅酸二钙(C2S)以及铁相(C4AF、C2F、C6A2F以及C6AF2)为主要熟料矿物。按照铁相及硫铝酸钙含量高低，硫铝酸盐水泥分为普通硫铝酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥。与传统的硅酸盐水泥相比，其具有早期性能发展迅速、碱度低、耐腐蚀性能优异等特点。同时，由于其钙含量相对低，生产过程中的石灰石用量减少，与石灰石分解相关的CO2排放也大幅减少。除此之外，由于生料含铁量较高，其煅烧温度可以降低100～200℃。这降低了水泥生产的能耗，与当今节能减排的发展主题是相契合的。
[0003]尽管硫铝酸盐水泥拥有如此突出的优点，但是其在我国的产量并不高。这可能与其生产成本有关。作为硫铝酸盐水泥的重要原料之一，铝矾土是重要的工业原料。它在生产耐火材料、化学制品及金属铝等方面得到广泛应用。面对较高的价格以及资源量日渐紧缺的现状，以高质量的铝矾土作为硫铝酸盐水泥的铝源不是长久之计。
[0004]在冶金渣制备硫铝酸盐熟料方面，Visa Isteri等人以冶金工业残渣：AOD渣(来自不锈钢产业)、Fe渣(来自Zn生产过程)、Fayalitic渣为原料，制备了高铁硫铝酸盐水泥。通过1d、7d和28d强度测试，发现其与普通硅酸盐水泥的强度相近。这说明使用冶金废料替代原料是可行的。但是，将固废应用在工业上依旧存在不少的问题。如固废的杂质含量高、成分波动大，相关的生产设备和技术要求高等等。总的来说，利用工业废渣制备硫铝酸盐水泥目前还处于初步研究阶段。
[0005]梁娇等人通过分析C4A3S的晶体结构，结合相关的晶体学知识，论证了用铁代替硫铝酸钙矿相中的铝的可行性。同时，也有学者研究了铁对纯Ye'elimite及硫铝酸盐水泥中Ye'elimite形成的影响。但他们得到的实验结果却是相矛盾的。有的研究表明，在1100
‑
1150℃和950
‑
1205℃的狭窄温度范围内形成了C
4 F
3 S(Ca4Fe6O
12
[SO4])。其他研究者们则从未观察到C4F
3 S相。他们认为C4A3‑
x
F
x
S矿相的中Fe对Al的取代量在2％
‑
10％范围内(x在0.08—0.40)，最高不超过25％(x＝1.05)。在对Ye'elimite形成的影响方面，有人认为Fe2O3促进了Ye'elimite的形成，而有人则认为其促进了Fe在Ye'elimite内的取代。
[0006]脱硫灰是半干法循环流化床烟气脱硫技术应用中产生的工业固体废弃物。脱硫灰的主要成分虽为CaSO3·
0.5H2O和CaSO4·
2H2O，CaSO3·
0.5H2O。但其对于水泥性能的影响除CaSO3·
0.5H2O外，还有其它对烧成有影响的微量组分，如Cl和F。由于脱硫灰用于烧成难度系数大，有部分关于脱硫灰改性的研究：如河北科技大学李茜等研究了CaSO3在低温下的转变技术，结果表明Fe2O3和MgO对脱硫灰中的亚硫酸钙的氧化反应能起到促进作用；催化剂种类的不同，导致CaSO3氧化转化程度也有所不同，CuSO4和Cr2O3分别与强氧化剂(H2O2)共同作
含量需不低于50％，能用于本专利技术。
[0017]按上述方案，建筑垃圾是将以石灰岩为主要的建筑垃圾进行破碎分离后，获得的粗骨料部分。其中CaO含量不低于50％，此类型建筑垃圾原料可用于本专利技术。
[0018]按上述方案，所述脱硫灰使用前进行前处理，步骤如下：先将脱硫灰用洁净的自来水进行水洗，之后在马弗炉中400～600℃预烧5～15min获得。
[0019]按上述方案，步骤(3)中，大掺量钢渣的高铁硫铝酸盐生料混合物煅烧前可先在850～950℃的马弗炉中保温5～15min进行预烧，之后移入硅碳棒炉或硅钼炉中，煅烧温度为1300℃～1400℃，煅烧时间为20～30min，煅烧结束后采用风冷法急冷，刚出炉时高温段冷却速度每分钟不得低于300℃；也可以直接入硅碳棒炉或硅钼炉中在设定的温度和时间下煅烧后再冷却制成。
[0020]上述方法制备的高铁硫铝酸盐熟料以无水硫铝酸钙、硅酸二钙及铁铝酸钙为主要成分，三者矿物相含量不得低于80％。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0022]其一，本专利技术将钢渣和脱硫灰共同使用于硫铝酸盐水泥熟料的生产，利用钢渣来适当替代石灰石和铝矾土，利用脱硫灰来替代天然硬石膏，利用建筑垃圾部分替代石灰石，可以减少对铝矾土、天然石膏、石灰石等不可再生资源的消耗，在促进钢渣和脱硫灰、建筑垃圾资源化利用的同时，还能使水泥生产朝着优质高产和低耗的方向发展，可以在很大程度上降低水泥的生产成本，具有广阔的应用前景。
[0023]第二，本专利技术在利用钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐熟料时，将钢渣掺量提升到了25％。其中钢渣不仅能充分发挥其“诱导晶种”作用，而且铁相能起助熔进而能降低水泥烧成温度。本专利技术中，钢渣的掺量最大达到了25％，高铁硫铝酸盐熟料的烧成温度低，在1300℃～1400℃范围内，实现了大掺量钢渣
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脱硫灰硫铝酸盐水泥熟料的制备，并且低能耗、低碳排放。
[0024]第三，本专利技术通过对脱硫灰进行了适当煅烧前处理，脱硫灰掺量提高到了10％，进而使得原料中钢渣
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脱硫灰的掺量高达30％。传统的制备方式是仅将各原材料中的自由水进行了烘干，即未脱硫灰中晶体结构水去除，又未将CaSO3·
0.5H2O转化未CaSO4，使得脱硫灰的掺量很难提升。本专利技术中的将脱硫灰进行了原材料的水洗及煅烧前处理，使得不仅是脱硫灰包括钢渣等原料的占比都得到了大幅提升。
具体实施方式
[0025]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。
[0026]下述实施例中，钢渣(来自武汉钢铁有限公司，简称武钢钢渣)、建筑垃圾、铝矾土以及脱硫灰的化学组分见表1。作为对比例中制备时使用的石灰石及硬石膏的组分同样见表1。
[0027]表1
[0028][0029]*备注：脱硫灰中的其他组分中Cl占比为1.45％，F占比为4.05％。
[0030]下述实施例中，钢渣粉料的制备过程如下：选取0＜粒径≤20mm的钢渣(包括转炉钢渣、电炉钢渣、热闷钢渣、滚筒钢渣等)尾渣放入球磨机或辊压机，研磨15～20min，优选研磨20min后，过4～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)阶梯粉磨及磁选：采用二级粉磨和磁选工艺，将钢渣中含有的难磨相磁选分离出去，得到磁选后粒径小于等于2.36mm的钢渣粉料，备用；2)配料和粉磨：将步骤1)制得的钢渣粉料与建筑垃圾、脱硫灰、铝矾土进行称量配料并充分混磨均匀，得到大掺量钢渣
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脱硫灰的高铁硫铝酸盐生料混合物；其中，按重量百分比计，钢渣粉料0％～25％，建筑垃圾45％～65％，脱硫灰5％～10％，铝矾土20％～30％，且，钢渣粉料和脱硫灰总重量百分比为10％～35％；3)煅烧：将步骤2)所得大掺量钢渣
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脱硫灰的高铁硫铝酸盐生料混合物在1300～1400℃温度下进行煅烧，即可制得高铁硫铝酸盐熟料。2.根据权利要求1所述的大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：步骤1)中，所述的钢渣为钢铁企业排放的钢渣，包括转炉钢渣、电炉钢渣、热闷钢渣、滚筒钢渣中的任意一种或几种按任意比例的混合物，其中钢渣中MgO含量不高于5.0％，MnO含量不高于2.5％。3.根据权利要求1所述的大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：步骤1)具体为：选取0＜粒径≤20mm的钢渣尾渣放入球磨机或辊压机，研磨15～20min，过4～6mm筛，进行一级粉磨；筛上物返回球磨机或辊压机，并利用磁选机将筛下转炉钢渣中的铁粒及难磨相磁选分离出去；然后，将分选后的转炉钢渣继续在球磨机或辊压机中研磨15～20min，过1～3mm筛，进行二级粉磨，筛上物返回球磨机或辊压机，并利用磁选机将筛下的转炉钢渣中残留的铁粒及难磨相磁选分离出去，最终得到分选后的粒径小于2.36mm的钢渣粉料，备用。4.根据权利要求1所述的大掺量钢渣
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脱硫灰制备高铁硫铝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚伟，甘万贵，赵青林，王念，苏瑶，
申请(专利权)人：宝武环科武汉金属资源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：