本發明涉及一種脫硫石膏分段煅燒制備硫鋁酸鹽水泥聯產硫酸的方法，屬于水泥制備的
技術領域：
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背景技術：
：隨著工程技術的現代化，對特種水泥的技術要求也越來越高。其中包括特殊工程施工時對快速凝結與硬化的速度和各期硬度均有了特別的要求，如水泥管路的連接施工，大型裝備的基礎現場的施工等。然而雖然應用與銷售市場的不斷擴大但因產品的成本較高而受到限制，使更多的用戶可望而不可及。另一方面，我國煙氣脫硫技術的主要為濕法脫硫工藝，這種石灰石－石膏法濕法脫硫工藝產生的后果就是脫硫石膏(CaSO4·2H2O)大量堆放、分解造成二次污染，對氣候、土壤、植物和人類健康帶來危害。另外，許多化工企業生產過程中的副產石膏早已積弊為患；如何有效的利用副產脫硫石膏來制備硫鋁酸鹽水泥，已經成為國內外研究者研究的熱點之一。中國專利文獻CN103979810A公開了一種綜合利用造紙白泥、鋁礬土和脫硫石膏制備硫鋁酸鹽水泥熟料的方法，此工藝采用造紙白泥、鋁礬土和脫硫石膏為原料，在電爐中以20～30℃/min升溫速度至1200-1300℃，保溫1.5-2.5h而得；取出急冷至室溫，將熟料粉磨細至400m2/kg，即得所需產品；所述的硫鋁酸鹽生料的配方為：造紙白泥40wt％-50wt％、鋁礬土35wt％-45wt％、其余為脫硫石膏，該方法巧妙的利用造紙白泥和脫硫石膏兩種固廢為主要原料制備硫鋁酸鹽水泥，不但可以有效利用固廢，還可以降低硫鋁酸鹽的成本，但工藝中脫硫石膏的使用量僅僅占到生料配比的5-25％，脫硫石膏利用率較低，且發明中煅燒脫硫石膏會產生二氧化硫，不妥善處理會造成環境污染。中國專利文獻CN103964713A公開了利用粉煤灰及拜耳法赤泥制備貝利特硫鋁酸鹽水泥的方法，此方法中原料由石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脫硫石膏、鋁礬土組成，將原料分烘干，破碎、粉磨后壓片，然后生料試塊放入馬弗爐中，在1250～1300℃下煅燒,保溫0.5～1小時后,取出熟料，急冷，得貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料。但此方法中脫硫石膏的用量僅為10％左右，且仍需要大量的石灰石，所得尾氣中含的二氧化硫，不妥善處理會造成環境污染。經檢索，未見完全利用脫硫石膏制備硬化速度快，前期強度高且后期強度也增進穩定硫鋁酸鹽水泥的報導。技術實現要素：針對目前硫鋁酸鹽水泥制備中存在的問題，本發明提供一種脫硫石膏分段煅燒制備硫鋁酸鹽水泥聯產硫酸的方，該方法完全利用脫硫石膏取代天然石膏和石灰石，并可通過回收尾氣聯產硫酸，且工藝路線簡單，生產成本低，具有良好的的經濟和環境效益。發明概述：本發明以脫硫石膏、鋁礬土、硅石、無煙煤為原料，經配料、粉磨、均化后高溫分段煅燒制成熟料，所得熟料可添加天然石膏或石灰石制備不同類型的硫鋁酸鹽水泥，也可不外加天然石膏，直接獲得硫鋁酸鹽水泥。發明詳述：一種脫硫石膏分段煅燒制備硫鋁酸鹽水泥聯產硫酸的方法，包括步驟如下：a.水泥生料的制備：按如下質量份進行配料：脫硫石膏為75-90份，鋁礬土20-32份，硅石1-3份，無煙煤3-4份；將各組分混勻，粉磨，均化后得水泥生料；b.水泥熟料的制備：將步驟a制得的水泥生料采用分段煅燒的方式得到水泥熟料，煅燒過程中產生的二氧化硫尾氣收集后送入硫酸制備系統，制備硫酸；c.硫鋁酸鹽水泥的制備：將步驟b得到的水泥熟料再次研磨，即得硫鋁酸鹽水泥。本發明優選的：步驟a中物料粉磨后細度為80-150目；所述的鋁礬土中Al2O3質量分數為50-60％，進一步優選55％；所述的脫硫石膏為半水脫硫石膏。所述的脫硫石膏還可以為天然石膏、脫硫石膏和氟石膏。步驟a中水泥生料原料質量份如下：磷石膏為80-85份，鋁礬土22-28份，硅石1-2份，無煙煤3-4份。本發明優選的：步驟b中，得到的水泥生料制備成塊狀生料進行煅燒，塊狀生料的大小為250*100*50mm。步驟b中所述的煅燒在隧道窯中進行。步驟b中分段煅燒的具體方式如下：先升溫至900～1200℃，保溫煅燒20-40分鐘，然后升溫至1250-1300℃，保溫煅燒10-20分鐘，冷卻后得到水泥熟料。步驟b中，先升溫至950～1150℃，保溫煅燒30分鐘。步驟b得到的水泥熟料可按照要求添加天然石膏，制成不同種類的硫鋁酸鹽水泥。天然石膏的配入量按以下公式計算：CG＝0.13*M*AC/SCG——天然石膏摻入的質量分數(天然石膏與水泥熟料的比值)，設水泥熟料為1；AC——水泥熟料中的質量分數；S——天然石膏中SO3的質量分數；M——天然石膏系數，不同硫鋁酸鹽水泥中天然石膏配量不同，M取值不同，M取值范圍在0-4之間。不同種類的硫鋁酸鹽水泥M的取值如下：當M取值：0-1，制得早強、高強型硫鋁酸鹽水泥；當M取值：1-2，制得膨脹型硫鋁酸鹽水泥；當M取值：2-4，制得自應力型硫鋁酸鹽水泥；當M取值：2.5-3.0，制得低堿度型硫鋁酸鹽水泥。本發明優選的：步驟c中水泥熟料研磨至比表面積為300～400m2/kg，進一步優選350m2/kg。采用球磨機進行。上述二氧化硫尾氣收集制備硫酸的過程，按現有技術即可。本發明由磷石膏、鋁礬土、硅石、無煙煤組成的水泥生料經過粉磨、均化后高溫分段煅燒后得到的硫鋁酸鹽水泥，性能測試表明，使用本發明的方法制備的硫鋁酸鹽水泥的力學強度符合快硬硫鋁酸鹽水泥標準，熟料硬化速度快，前期強度高且后期強度也增進穩定，通過調整水泥生料配料方式，以脫硫石膏完全替代天然石膏和石灰石(即由硫酸鈣完全取代了碳酸鈣)，在900-1150℃時，無煙煤會逐步將脫硫石膏中的硫酸鈣還原生成二氧化硫和氧化鈣，二氧化硫經氧化吸收制成硫酸產品，經過20-40分鐘的保溫，脫硫石膏大量分解并逐漸生成硫鋁酸三鈣，繼續升溫到1250-1300℃后，在此溫度下生成大量的硅酸二鈣，最終與鋁礬土及未還原的硫酸鈣燒結制成硫鋁酸鹽水泥；水泥生料在高溫煅燒過程中，大部分脫硫石膏在無煙煤作用下發生分解，分解率為75-85％，其中硅石的加入可以和氧化鈣形成硅酸二鈣，提高水泥的后期性能，達到前期強度高后期強度增進穩定的雙重效果，參與分解反應的硫酸鈣分解生成氧化鈣可全部代替石灰石，分解產生的二氧化硫氣體濃度為7-9％，可用于生產硫酸；剩余未分解的脫硫石膏經高溫煅燒后，轉化為高溫石膏，可替代熟料產品所需外摻加的天然石膏。本發明主要化學反應如下：本發明中所述的脫硫石膏指在石灰石－石膏法濕法脫硫工藝產生的固體廢渣，不同工藝得到的脫硫石膏均可用于本發明。本發明具有以下有益效果：1、相比其他利用脫硫石膏制備硫鋁酸鹽水泥的方法，本發明中脫硫石膏可完全替代石灰石和天然石膏進行熟料燒結，極大提高了脫硫石膏的利用率，實現了脫硫石膏資源化利用，并有效降低了硫鋁酸鹽水泥的成本。2、在生料中加入無煙煤促進脫硫石膏中硫酸鈣的還原分解，未分解的脫硫石膏一部分作為水泥熟料礦物中硫鋁酸鈣形成的硫酸鹽組分，另一部分可用來代替水泥熟料外摻的天然二水石膏組分，可直接生產硫鋁酸鹽水泥。3.由于配料中沒有用到石灰石，以脫硫石膏完全替代天然石膏和石灰石(即由硫酸鈣完全取代了碳酸鈣)，所以脫硫石膏分解產生的二氧化硫氣體濃度高，可滿足制酸系統對二氧化硫濃度的要求，避免了二氧化硫的污染問題。4.本發明將脫硫石膏、鋁礬土、硅石和無煙煤經配料、粉磨、均化后制成的水泥生料成塊后，可增加石膏與無煙煤的接觸緊密度，從而增加脫硫石膏的分解效率。5.本發明采用分段煅燒的方式，在900-1200℃下保溫20-40分鐘，可增加脫硫石膏的分解率，并有利于增加硫鋁酸三鈣的含量，使硫鋁酸鹽水泥中硫鋁酸三鈣與硅酸二鈣的含量達到要求。具體實施方式為了更好的理解本發明的實質，下面結合實施例對本發明的內容作進一步說明，但不能視為對本發明的限制。各實施例中的脫硫石膏為氣流烘干后的半水脫硫石膏，其主要成分見表1，鋁礬土取自貴州，其主要成分見表2，硅石的主要成分見表3。表1：脫硫石膏的主要成分及含量組分CaOSO3Fe2O3Al2O3SiO2含量％31.8244.210.380.890.78表2：鋁礬土的主要組成和含量組分CaOFe2O3SiO2Al2O3SO3含量％3.849.8621.2855.45/表3：硅石的主要成分及含量組分CaOFe2O3SiO2Al2O3SO3含量％7.851.2478.670.82/實施例1：按照如下質量份進行配料：脫硫石膏為75份，鋁礬土32份，硅石2份，無煙煤3份，將各組分混勻，粉磨至細度為80目，均化后制成250*100*50mm的塊狀，得水泥生料；將制備的塊狀生料置于隧道窯內煅燒，首先升溫至900℃，在此溫度下煅燒30分鐘，然后升溫到1300℃，在此溫度下煅燒20分鐘，冷卻后得到水泥熟料，煅燒后含二氧化硫的尾氣送硫酸制備系統制備硫酸；燒成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫鋁酸鹽水泥產品，所得硫鋁酸鹽水泥的力學性能見表4。實施例2：按照如下質量份進行配料：脫硫石膏為80份，鋁礬土28份，硅石1份，無煙煤3份；將各組分混勻，粉磨至細度為120目，均化后制成250*100*50mm的塊狀，得水泥生料；將制備的塊狀生料置于隧道窯內煅燒，首先升溫至1100℃，在此溫度下煅燒30分鐘，然后升溫到1300℃，在此溫度下煅燒20分鐘，冷卻后得到水泥熟料，煅燒后含二氧化硫的尾氣送硫酸制備系統制備硫酸；燒成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫鋁酸鹽水泥產品，所得硫鋁酸鹽水泥的力學性能見表4。實施例3：按照如下質量份進行配料：脫硫石膏為85份，鋁礬土22份，硅石3份，無煙煤4份；將各組分混勻，粉磨至細度為150目，均化后制成250*100*50mm的塊狀，得水泥生料；將制備的塊狀生料置于隧道窯內煅燒，首先升溫至1200℃，在此溫度下煅燒30分鐘，然后升溫到1300℃，在此溫度下煅燒20分鐘，冷卻后得到水泥熟料，煅燒后含二氧化硫的尾氣送硫酸制備系統制備硫酸；燒成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫鋁酸鹽水泥產品，所得硫鋁酸鹽水泥的力學性能見表4。實施例4：按照如下質量份進行配料：脫硫石膏為90份，鋁礬土20份，硅石1份，無煙煤4份；將各組分混勻，粉磨至細度為150目，均化后制成250*100*50mm的塊狀，得水泥生料；將制備的塊狀生料置于隧道窯內煅燒，首先升溫至1200℃，在此溫度下煅燒30分鐘，然后升溫到1300℃，在此溫度下煅燒20分鐘，冷卻后得到水泥熟料，煅燒后含二氧化硫的尾氣送硫酸制備系統制備硫酸；燒成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫鋁酸鹽水泥產品，所得硫鋁酸鹽水泥的力學性能見表4。實施例結果：表4：硫鋁酸鹽水泥膠砂力學性能通過采用抗壓、抗折測試手段測量硫鋁酸鹽水泥膠砂力學性能性能，從表4中數據可知，本發明制得的硫鋁酸鹽水泥在1d強度達到30～50MPa，可以看出前期強度高、硬化速度快，28d的強度達到45～70MPa，后期強度增進，本發明的方法燒結的硫鋁酸鹽水泥的力學性能符合GB20472-2006中的硫鋁酸鹽水泥的標準。以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3