專利名稱：：礦渣硫酸鹽水泥及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種礦渣硫酸鹽水泥及其制備方法。
背景技術：
：石膏是水泥工業的原料，通常作為水泥的緩凝劑使用，在硅酸鹽水泥中的摻量一般為5%左右(質量百分比)。石膏資源豐富，特別是工業副產石膏，如磷石膏、脫硫石裔和氟石膏等，目前還得不到有效地利用，這不僅造成資源浪費，還造成環境污染。以磷石膏為例，磷石膏是生產含磷酸基化工產品的副產品。每生產一噸磷酸基化工產品約排出35噸的磷石膏，其主要成分為二水硫酸鈣。目前，我國每年磷石膏的排放量已達2000多萬噸。這些磷石膏被大量廢棄，堆放時占用大量土地并造成環境污染。因此，綜合利用磷石膏，變廢為寶，減少或徹底消除磷石膏對環境的威脅和危害，已成為磷化工企業急需考慮的問題。礦渣是鋼鐵廠排出的工業廢渣，資源豐富、價格低廉。其主要的化學成分是二氧化硅(SiO》、三氧化二鋁(A1A)、氧化鈣(Ca0)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)、氧化鐵(FeO)等。目前主要用作水泥的混合材，摻量一般在20%50%(質量百分比)，主要目的是為了降低水泥生產成本。石灰石是天然礦石，其儲存量大，資源分布廣，價格低廉，運輸方便，是水泥工業的主要原料。通常認為石膏是氣硬性膠凝材料，不具備水硬性。
發明內容本發明的目的在于提供一種成本低的礦渣硫酸鹽水泥及其制備方法，該方法工藝簡單。為了實現上述目的，本發明的技術方案是礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于它由礦渣、石膏、石灰石和外加劑原料混合而成，各原料所占質量百分數為礦渣20%75%，石膏20%70%,石灰石0.01%40%，外加劑0.01%10%。所述的礦渣為鋼鐵廠排出的髙爐礦渣；其主要的化學成分是二氧化硅(SiO,)、三氧化二鋁(A1A)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)、氧化鐵(FeO)等。所述的石膏為磷石裔、脫硫石膏、氟石膏、天然的硬石膏或天然的二水石膏，主要成分為硫酸鈣(CaS0J。所述的石灰石是以碳酸鈣(CaC0a)為主要成分的天然礦石。所述的外加劑為硅酸鹽水泥熟料(主要成分為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣)、石灰(主要成分CaO，包含化工石灰)、鋼渣(主要成分是Si02、A1203、CaO、MgO、Fe20a等)、氫氧化鈣(Ca(0H)2)、強堿、強堿鹽中的任意一種或任意二種以上(含二種)的混合，任意二種以上混合時為任意配比。所述的強堿為含鉀離子或鈉離子的堿(即KOH、NaOH或含K、Na離子的其它堿)；所述的強堿鹽為含鉀離子或鈉離子的堿鹽(即硫酸鈉、硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸鉀或主要含有K或Na離子的其它強堿鹽)。所述的各原料所占質量百分數最佳為礦渣30%50%,石裔30%55%，石灰石4%20%，外加劑1%6%。上述礦渣硫酸鹽水泥的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按各原料所占質量百分數為礦渣20%~75%,石裔20%70%,石灰石0.01%40%，外加劑0.01%10%，各原料所占質量百分數之和為100%,選取礦渣、石膏、石灰石和外加劑原料，備用；2)采用下述三種方法之一制備礦渣硫酸鹽水泥①將礦渣、石膏、石灰石、外加劑分別粉磨至比表面積大于280mVkg(最佳400mVkg800m7kg)后再混合均勻，得礦渣硫酸鹽水泥；②將礦渣、石膏、石灰石、外加劑混合，粉磨至比表面積大于280m7kg(最佳400m7kg650m7kg)后，得礦渣硫酸鹽水泥；③將礦渣單獨粉磨至比表面積大于280m7kg(最佳450m7kg550m7kg)，得礦渣粉；將石膏、石灰石、外加劑混合粉磨至比表面積大于280m7kg(最佳500mVkg800m7kg)，得混合粉；然后將混合粉與粉磨后的礦渣粉混合均勻，得礦渣硫酸鹽水泥。本發明將礦渣、石膏與石灰石按上述比例混合，并配入上述一定的外加劑后，即具備了水硬性，加水后即可以讓礦渣與石灰石和石膏產生化學反應。實驗表明，本發明的礦渣、石膏、石灰石和外加劑組成的混合物加水后，在石膏顆粒表面和顆粒之間形成了大量針狀的水化硫鋁酸鈣和無定型的水化硅酸鈣礦物，并使其混合物具備了水硬性，產生了較高的強度；在此混合物中，一部分石裔起了骨架的作用(本發明的石裔用量大于現有技術中的石膏用量)，一部分石膏參與了化學反應，形成了一系列新的水化產物。用礦渣、石裔、石灰石和外加劑組成的混合物制成的礦渣硫酸鹽水泥，凝結時間正常，安定性合格，保水率髙，既有一定的早期強度，又有相當高的后期強度，各項物理力學性能均能符合GB/T3183-2003砌筑水泥的國家標準。適應于配制建筑工程中的建筑砂漿。本發明中，加入一定的外加劑，主要作用是促進水化硫鋁酸鈣的形成，從而提髙礦渣硫酸鹽水泥的強度。本發明的有益效果是所制備的礦渣硫酸鹽水泥既有一定的早期強度，又有相當高的后期強度，具有和易性好、使用方便等特點。主要原料是石膏和礦渣，不需要煅燒(能耗少)，工藝簡單、成本低，不僅可以避免排放大量二氧化碳；還可大量使用工業廢渣，如磷石膏和高爐礦渣等，特別是石膏可大量使用，變廢為寶，降低成本，有益于節能降耗和環境保護，并顯著降低建筑物的造價。具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例l:將礦渣、磷石育、石灰石和外加劑分別粉磨，檢測其比表面積；得知礦渣比表面積為424m7kg;磷石膏比表面積為281m7kg;石灰石比表面積為726m7kg;外加劑比表面積為379m7kg。然后按表l的配比混合均勻，制備成礦渣硫酸鹽水泥。最后按GB/T3183-2003砌筑水泥的國家標準進行檢驗，結果如表1所示，可見各配比的物理力學性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的技術要求。所述的礦渣為高爐礦渣；磷石膏為生產含磷酸基化工產品的副產品，主要成分為二水石膏(CaSO,2H20);石灰石是以碳酸鈣(CaC03)為主要成分的天然礦石；外加劑為以硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料(即表l中的熟料)。表1.分別粉磨制備的礦渣硫酸鹽水泥的配比及其性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2:選取礦渣、磷石膏、石灰石和外加劑原料，備用；所述的礦渣為髙爐礦渣，磷石膏為生產含磷酸基化工產品的副產品，主要成分為二水石裔(CaS04"2H20)。石灰石是以碳酸鈣(CaC03)為主要成分的天然礦石。所用的外加劑是天然石灰石經煅燒而得到的以氧化鈣(CaO)為主要成分的石灰(即表2中的石灰)。按各原料所占質量百分數為礦渣3挑，磷石膏45%,石灰石15%,石灰2%，混合粉磨至不同的比表面積，制成礦渣硫酸鹽水泥。按GB/T3183-2003砌筑水泥的國家標準進行檢驗，結果如表2所示，可見所有物理力學性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的技術要求。表2.混合粉磨制備的礦渣硫酸鹽水泥<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3:選取礦渣、磷石膏、石灰石和外加劑原料，備用；所述的礦渣為高爐礦渣，磷石膏為生產含磷酸基化工產品的副產品，主要成分為二水石裔(CaS(^《H20)。石灰石是以碳酸鈣(CaC03)為主要成分的天然礦石。外加劑為以硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料(即表3中的熟料)。按各原料所占質量百分數為礦渣34%，磷石膏45%,石灰石15先，熟料6%。將礦渣單獨粉磨至比表面積424m7kg，得礦渣粉，備用；磷石膏、石灰石和熟料混合粉磨至比表面積630m7kg，得混合粉，備用；然后將混合粉與粉磨后的礦渣粉混合均勻，制備成礦渣硫酸鹽水泥。按GB/T3183-2003砌筑水泥的國家標準進行檢驗，結果如表3所示，可見所有物理力學性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的技術要求。表3.部分混合粉月<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例4:將各種物料按表4的配比混合，粉磨至比表面積大于281m7kg后，制備成礦渣硫酸鹽水泥，然后按GB/T3183-2003砌筑水泥的國家標準進行檢驗，結果如表5所示，可見各試樣的各項物理力學性能均符合GB/T3183-2003砌筑水泥的技術要求。所述的礦渣為高爐礦渣；脫硫石膏為電廠燃煤煙氣中脫硫產生的石膏，主要成分為二水石膏(CaS0一2H20);氟石膏是用硫酸處理制取氫氟酸后殘存的渣子再用石灰中和過量的硫酸所得的廢渣，主要成分為二水石膏(CaS042H20);硬石裔是天然礦石，主要成分為無水石膏(CaS0》；二水石膏是天然礦石，主要成分為二水石膏(CaS042H20);鋼渣是鋼鐵廠排放的工業廢渣，主要成分是Si02、A1203、Ca0、Mg0、FeA等；氫氧化鈣是石灰加水后產生的熟石灰，主要成分為氫氧化鈣(Ca(OH)2);氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、硫酸鈉(Na2S04)、硫酸鉀(K2S0》為市售的化工產品；石灰石是以碳酸鈣(CaC03)為主要成分的天然礦石。表4.礦渣硫酸鹽水泥的配比，質量百分數(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表5.礦渣硫酸鹽水泥的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發明所列舉的各原料都能實現本發明,發明；在此不一一列舉實施例。以及各原料的上下限取值、區間值都能實現本權利要求1.礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于它由礦渣、石膏、石灰石和外加劑原料混合而成，各原料所占質量百分數為礦渣20％～75％，石膏20％～70％，石灰石0.01％～40％，外加劑0.01％～10％。2.根據權利要求1所述的礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于所述的礦渣為髙爐礦渣。3.根據權利要求1所述的礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于所述的石膏為磷石膏、脫硫石膏、氟石膏、天然的硬石膏或天然的二水石膏。4.根據權利要求1所述的礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于所述的外加劑為硅酸鹽水泥熟料、石灰、鋼渣、氫氧化鈣、強堿、強堿鹽中的任意一種或任意二種以上的混合，任意二種以上混合時為任意配比。5.根據權利要求4所述的礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于所述的強堿為含鉀離子或鈉離子的堿；所述的強堿鹽為含鉀離子或鈉離子的堿鹽。6.根據權利要求1所述的礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于所述的各原料所占質量百分數為礦渣30%50%，石膏30%55%，石灰石4%20%,外加劑1%6%。7.如權利要求1所述的礦渣硫酸鹽水泥的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按各原料所占質量百分數為礦渣20%75%，石臠20%70%，石灰石0.01%40%，外加劑0.01%~10%，各原料所占質量百分數之和為100%,選取礦渣、石膏、石灰石和外加劑原料，備用；2)采用下述三種方法之一制備礦渣硫酸鹽水泥①將礦渣、石膏、石灰石、外加劑分別粉磨至比表面積大于280mVkg后再混合均勻，得礦渣硫酸鹽水泥；②將礦渣、石膏、石灰石、外加劑混合，粉磨至比表面積大于280m7kg后，得礦渣硫酸鹽水泥；③將礦渣單獨粉磨至比表面積大于280m7kg，得礦渣粉；將石膏、石灰石、外加劑混合粉磨至比表面積大于280m7kg,得混合粉；然后將混合粉與粉磨后的礦渣粉混合均勻，得礦渣硫酸鹽水泥。全文摘要本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種礦渣硫酸鹽水泥及其制備方法。礦渣硫酸鹽水泥，其特征在于它由礦渣、石膏、石灰石和外加劑原料混合而成，各原料所占質量百分數為礦渣20％～75％，石膏20％～70％，石灰石0.01％～40％，外加劑0.01％～10％。所述的外加劑為硅酸鹽水泥熟料、石灰、鋼渣、氫氧化鈣、強堿、強堿鹽中的任意一種或任意二種以上的混合，任意二種以上混合時為任意配比。本發明可以大量利用工業副產石膏及工業廢渣，該方法工藝簡單、成本低、能耗少、環保。文檔編號C04B7/14GK101386478SQ200810197319公開日2009年3月18日申請日期2008年10月21日優先權日2008年10月21日發明者劉金軍,林宗壽,歐小弟,前趙,赟黃申請人:武漢理工大學;武漢億勝科技有限公司