專利名稱：一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于建材行業中膠凝材料的制備方法，涉及ー種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，特別涉及ー種以廢棄物一濕法制硫酸排出的磷石膏、硫磺分解磷石膏制硫酸エ藝中的氧化鈣殘渣、熱法制硫酸的硫鐵礦燒渣和(低品位)鋁礬土等為原料制備具有快硬早強特點的水硬性膠凝材料的方法。采用本發明制得的水硬性膠凝材料可代替傳統的膠凝材料應用于建材行業，且具有早強快硬的特點。
背景技術：
目前，硅酸鹽水泥是使用量最大的一種傳統的水硬性膠凝材料，但它的生產排出了大量的ニ氧化碳氣體，通常每生產I噸水泥排出O. 97噸的ニ氧化碳，其排放總量占據人為排放ニ氧化碳總量的6%以上，造成巨大的環境壓力；硅酸鹽水泥熟料的煅燒溫度通常在1400 1450°C，需耗費大量的煤炭資源，而且熟料的強度較高、易磨性較差，水泥的制備又耗費大量的電能；硅酸鹽水泥又存在凝結慢、早期強度低的不足，降低了施工的效率。隨著國家對“節能降耗減排”政策的提出，硅酸鹽水泥的生產逐漸受到限制，迫切需要新的替代
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)PR ο磷石膏是濕法磷酸生產中排出的エ業廢渣，因未能得到有效地資源化利用而堆積，不僅侵占了土地資源，而且由于風蝕、雨蝕造成了大氣、水系及土壌的污染。現有專利申請號200910216325. 2公開了ー種用硫磺還原分解磷石膏的方法,該方法是先將磷石膏放入反應器中并在惰性氛圍下升溫至500 900°C預熱10 30分鐘，然后通入摩爾分率為10 50%的氣態硫磺與磷石膏進行反應I 2小時后，將所得硫化鈣料塊研磨后再與磷石膏按摩爾比I I. 5:3混合均勻，并在非氧化氣氛中、1000 1400°C下焙燒O. 5 3小時，所得的固體殘渣主要是CaO和SiO2,并含有Al2O3,Fe203、SO3等成分，但并無直接利用價值。目前該技術已得到國家“十二五” 863重大項目的支持，未來幾年內將成為處理磷石膏的推廣技術，但氧化鈣殘渣的利用也將面臨挑戰。煅燒中低品位的硫鐵礦制取硫酸是中國的新技木，但相對于傳統的エ藝，該方法會產生大量的エ業廢洛一硫鐵礦燒渣。由于礦藏和生產設備的不同，每生產I噸的硫酸要產出O. 7 I. O噸的燒渣，我國每年要排出超過1000萬噸的燒渣，大約占到化工廢物的30%。現有技術中，關于硫鐵礦燒渣循環利用的研究已有所報道，例如回收重金屬、制備建筑材料、用于土壤改良等，但總體的利用率仍然很低。目前，關于氧化鈣殘渣利用的報道還鮮為少見，大量エ業廢渣的堆積會帶來嚴重的環境問題，如何有效地循環利用這些廢渣是科研工作者面臨的挑戰。
發明內容
本發明的目的g在克服現有技術中的不足，綜合利用廢棄物——氧化鈣殘渣、磷石膏、硫鐵礦燒渣和(低品位)鋁礬土，提供一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法；從而 消耗大量的エ業廢渣，變廢為寶，實現環保效益和經濟效益的雙收。
本發明的內容是一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是包括下列步驟
a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40% 70%、鋁礬土10% 30%、磷石膏O 10%、硫鐵礦燒渣O 20%的配比取各原料；
b、混合粉磨將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料；
C、煅燒將生料置于1250 1350°C下煅燒30 60分鐘后，急冷至室溫，制得熟料；d、制備膠凝材料將熟料與天然ニ水石膏按85 95:5 15的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400 550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。本發明的內容中所述步驟a配料替換為按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40% 70%、鋁礬土 10% 30%、磷石膏3% 10%、硫鐵礦燒渣3% 20%的配比取各原料。本發明的內容中步驟c所述急冷至室溫是采用風機吹風的方式急冷至室溫。本發明的內容中步驟a中所述氧化鈣殘渣的主要化學組成和質量百分比例為CaO 65 73%、Si0215 18%、A12034 5%、Fe2032 3%、S032 6%、燒失量 3 5% ;—般為硫磺分解磷石膏制硫酸エ藝中的氧化鈣殘渣。本發明的內容中步驟a中所述鋁礬土的主要化學組成和質量百分比例為CaOO. 05 O. 8%、Si022 3 30%、Al20352 62%、Fe2O3O. 5 I. 2%、SO3O 2%、燒失量 10 15%;即為低品位鋁礬土。本發明的內容中步驟a中所述磷石膏的主要化學組成和質量百分比例為CaO25 30%、Si0212 18%,Al2O3O. 4 I. 0%,Fe2O3O O. 2%、S0335 44%、燒失量 15 20% ；
一般為濕法制硫酸排出的磷石膏。本發明的內容中步驟a中所述硫鐵礦燒渣的主要化學組成和質量百分比例為CaO I. 5 4. 0%、Si0225 35%、A120325 30%、Fe20325 35%、S03%1. 5 2. 5、燒失量 3 5% ;一般為熱法制硫酸的硫鐵礦燒渣。本發明的內容中步驟c制得熟料的礦物組成和質量百分比按設計為=C2S 30% 55%、C4A3 20% 40%、C2AxF1-, 10% 35%。本發明的內容中制得的快硬早強水硬性膠凝材料，其終凝時間可以控制在10 25分鐘，3天的抗壓強度達到GB175— 2007《通用硅酸鹽水泥》42. 5的標準，28天的抗壓強度達到GB175— 2007《通用硅酸鹽水泥》52. 5的標準，28天非限制膨脹率為O. 03 O. 1%，具有一定的膨脹性能。本發明的內容中所述氧化鈣殘渣、磷石膏、硫鐵礦燒渣、鋁礬土、天然ニ水石膏均為現有技術中的原料。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果
(1)采用本發明，以硫磺分解磷石膏制硫酸得到的氧化鈣殘渣作為鈣源，且利用了磷石膏、硫鐵礦燒渣等エ業廢渣，節省了寶貴的自然資源，符合國家可持續發展的長期戰略；
(2)采用本發明，與以石灰石或方解石為原料相比，氧化鈣殘渣的利用避免了ニ氧化碳溫室氣體的排放；本發明中熟料的燒成溫度相對于娃酸鹽水泥熟料的燒成溫度低了 100 150で，節省燃料，且熟料疏松多孔，易磨性較好，節省粉磨電能，符合國家“節能減排”號召；(3)與硅酸鹽水泥相比，本發明制得的水硬性膠凝材料具有快硬早強的特點，能提高施エ效率、模板周轉率，可廣泛應用于預制品構件；與硫鋁酸鹽水泥相比，本發明的水硬性膠凝材料中C4A3礦物含量較低、C2S含量較高，整體水化熱較低，后期強度能持續增長，彌補了硫鋁酸鹽水泥后期強度會出現倒縮的不足；
(4)本發明結合我國磷、硫行業所產廢渣量大、利用率低的實際情況，提供一種綜合利用廢棄物——氧化鈣殘渣、磷石膏、硫鐵礦燒渣制備具有快硬早強特點的水硬性膠凝材料的方法，充分利用エ業廢渣，變廢為寶，節能減排，緩解我國能源、資源不足的現狀，實現環保效益與經濟效益的雙收；
(5)本發明產品制備エ藝簡單，エ序簡便，容易操作，實用性強。
圖I是本發明實施例11中熟料的X射線衍射圖譜；
圖2是本發明實施例11中熟料的掃描電鏡圖(X500)；
圖3是本發明實施例11中熟料的掃描電鏡圖(X 30000)。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發明作進ー步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的ー些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。實施例I :
一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，包括下列步驟
a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40%、鋁礬土30%、磷石膏10%、硫鐵礦燒渣20%的配比取各原料；
b、混合粉磨將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料；
C、煅燒將生料置于1350°C下煅燒30分鐘后，急冷至室溫，制得熟料；
d、制備膠凝材料將熟料與天然ニ水石膏按85:15的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400 550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。實施例2:
一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，包括下列步驟
a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣70%、鋁礬土30%、的配比取各原料；
b、混合粉磨將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料；
C、煅燒將生料置于1250°C下煅燒60分鐘后，急冷至室溫，制得熟料；
d、制備膠凝材料將熟料與天然ニ水石膏按95:5的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400 550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。實施例3
一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，包括下列步驟
a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣55%、鋁礬土20%、磷石膏5%、硫鐵礦燒渣20%的配比取各原料；
b、混合粉磨將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料；C、煅燒將生料置于1300°C下煅燒50分鐘后，急冷至室溫，制得熟料；d、制備膠凝材料將熟料與天然ニ水石膏按90:10的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400 550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。實施例4一 10:
一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，包括下列步驟
a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40% 70%、鋁礬土10% 30%、磷石膏O 10%、硫鐵礦燒渣O 20%的配比取各原料；各實施例中各原料的具體質量百分比用量見下表I :
表I :
權利要求
1.一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是包括下列步驟 a、配料按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40% 70%、鋁礬土10% 30%、磷石膏O 10%、硫鐵礦燒渣O 20%的配比取各原料； b、混合粉磨將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料； C、煅燒將生料置于1250 1350°C下煅燒30 60分鐘后，急冷至室溫，制得熟料； d、制備膠凝材料將熟料與天然ニ水石膏按85 95:5 15的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400 550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。
2.按權利要求I所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是所述步驟a配料替換為按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40% 70%、鋁礬土 10% 30%、磷石膏3% 10%、硫鐵礦燒渣3% 20%的配比取各原料。
3.按權利要求I或2所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是步驟c所述急冷至室溫是采用風機吹風的方式急冷至室溫。
4.按權利要求I或2所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是步驟a中所述氧化鈣殘渣的主要化學組成和質量百分比例為CaO 65 73%、Si0215 18%、A12034 5%、Fe2032 3%、S032 6%、燒失量 3 5%。
5.按權利要求I或2所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是步驟a中所述鋁礬土的主要化學組成和質量百分比例為CaOO. 05 O. 8%、Si0223 30%、Al20352 62%、Fe2O3O. 5 I. 2%、SO3O 2%、燒失量 10 15%。
6.按權利要求I或2所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是步驟a中所述磷石膏的主要化學組成和質量百分比例為CaO 25 30%、Si0212 18%、Al2O3O. 4 I. 0%、Fe2O3O O. 2%、S0s35 44%、燒失量 15 20%。
7.按權利要求I或2所述快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是步驟a中所述硫鐵礦燒渣的主要化學組成和質量百分比例為CaO I. 5 4. 0%、Si0225 35%、A120325 30%、Fe20325 35%、S03%1. 5 2. 5、燒失量 3 5%。
全文摘要
本發明公開了一種快硬早強水硬性膠凝材料的制備方法，其特征是包括按原料組成和質量百分比例為氧化鈣殘渣40%～70%、鋁礬土10%～30%、磷石膏0～10%、硫鐵礦燒渣0～20%的配比取各原料；將各原料按配比取量、混合后粉磨至200目無篩余，制得生料；將生料置于1250～1350℃下煅燒30～60分鐘后，急冷至室溫，制得熟料；將熟料與天然二水石膏按85～95∶5～15的質量比例取量、混合粉磨至比表面積為400～550m2/Kg，即制得快硬早強水硬性膠凝材料。采用本發明，充分利用工業廢渣，變廢為寶，節能減排，制得的水硬性膠凝材料是一種節能、環保型的膠凝材料，性能良好。
文檔編號C04B7/153GK102659329SQ20121012801
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者嚴云, 楊林, 胡志華, 趙海君, 陳德玉 申請人:西南科技大學