一種硫硅酸鈣礦物的制備及應用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水泥添加劑技術領域；特別是涉及一種硫硅酸鈣礦物的制備及應用方 法。
【背景技術】
[0002] 硫鋁酸鹽水泥以其早期強度高，抗凍、抗滲、耐腐蝕等耐久性優良，應用于負溫施 工、地下、快速搶修工程及預制品等行業，不足的是后期強度尤其是后期抗折強度倒縮，需 要不斷地改進和完善，是本領域技術人員一直在關注和研究的要點。同時硫鋁酸鹽水泥作 為一種特種水泥，原料品質要求高，為了克服以上缺點引入了貝利特硫鋁酸鹽水泥和高硅 硫鋁酸鹽水泥，但是貝利特硫鋁酸鹽水泥依然沒有解決該系列水泥強度后期倒縮的問題， 特別是需要采用礬土等含氧化鋁的高鋁原材料。另一方面，一些工業廢渣在水泥生產和混 凝土制備過程中得到大量應用，但大量的高硫酸鈣含量的硅酸鹽類的工業廢渣目前基本未 被利用，雖然傳統硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成可以消耗一定化學石膏或含硫酸鈣的廢渣，但 總的摻量很低。傳統硫鋁酸鹽水泥后期強度倒縮也是限制其擴大應用領域的主要問題。因 此提高硫鋁酸鹽水泥中硫酸鈣含量和改善后期強度倒縮是硫鋁酸鹽水泥發展的主要方向。
[0003] 硫娃酸興（4Ca02Si02 CaSO4)，又稱硫娃f丐石、橫基灰令丐石。以往認為是硫錯酸鹽水 泥熟料形成過程中的過渡相，在熟料煅燒溫度較低時，或CaSO 4較多時，最終產物中可能會 有硫娃酸興存在。
[0004] 但現有技術中，普遍的觀點是認為硫硅酸鈣是惰性礦物，甚至被認為有害礦物。故 在水泥生產時，一般均是會極力避免水泥中生成硫硅酸鈣成分。但申請人最新研究發現，硫 硅酸鈣可以提高硫鋁酸鹽水泥后期強度，解決目前的硫鋁酸鹽水泥強度倒縮問題，同時硫 硅酸鈣還可以激發工業廢渣的火山灰活性，對于工業廢渣摻量較大的硅酸鹽水泥后期和長 期強度發展具有促進作用，同時還能在后期具有明顯的補償收縮的作用。因此，申請人認為 硫硅酸鈣可以作為硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥外加改性組分，也可以作為普通混凝土膨脹 劑組分使用。
[0005] 硫鋁酸鹽水泥燒成過程中，硫硅酸鈣（4Ca02Si02CaS04)在微還原氣氛中形成的溫 度范圍為1100?1250°C，超過1250°C就會消失。目前硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成溫度通常 在1250?1350°C之間，因此硫鋁酸鹽水泥中即使存在硫硅鈣石，含量也非常低。目前在 硅酸鹽水泥的燒成過程中，特別是采用高硫燃料或者含硫酸鈣含量比較高的廢渣煅燒熟料 時，也會生成硫硅鈣石過渡相，但硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度遠比硫鋁酸鹽水泥為高，因此 硫硅鈣石更容易分解，硅酸鹽水泥則不會殘留有硫硅酸鈣礦物。
[0006] 因此，現有方法制備的硫鋁酸鹽水泥中即使含有硫硅酸鈣，但含量也很低，不足以 用作為外加組分。同時自然界中目前還沒有可供使用的天然硫硅酸鈣石，因此如何提供一 種以硫硅酸鈣為主要有效成分的水泥添加劑制備方法，以利于提高硫鋁酸鹽水泥后期強 度，成為申請人考慮研究的方向。

【發明內容】

[0007] 針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種制備簡 單，實施方便，成本低廉的硫硅酸鈣礦物的制備及應用方法。使其能夠有效地改善硫鋁酸鹽 水泥后期強度倒縮，提高最終產品混凝土的質量。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案： 一種硫硅酸鈣礦物的制備方法，其特征在于，制備時將氧化鈣原料、氧化硅原料和石膏 分別磨細后混合均勻，在高溫下煅燒并保溫一段時間得到以硫硅酸鈣為主要組分的混合礦 物組分，然后粉磨至一定細度得到產品。
[0009] 該方法具體包括以下步驟： a. 配料： 將含氧化鈣原料、含氧化硅原料和石膏分別粉磨至一定細度，然后按照配料中氧化物 Ca0:Si02:S0@量比例范圍在7:3:2?7:3:2. 8配料混勻混勻； b. 礦物合成： 將步驟a制備的配料置于高溫爐進行煅燒，煅燒溫度為1100?1250°C，并保溫一段時 間，保溫時間為2?8小時，然后取出在空氣中急速冷卻； c. 粉磨： 將步驟b經球磨機粉磨至比表面積為300?450 m2/kg得到產品。
[0010] 故本發明所制得的硫硅酸鈣礦物，是以硫硅酸鈣為有效成分的粉末狀固體產品。
[0011] 現有技術中，普遍的觀點是認為硫硅酸鈣是惰性礦物，甚至被認為有害礦物。故在 水泥生產時，一般均是會極力避免水泥中生成硫硅酸鈣成分。但申請人最新研究發現，硫硅 酸鈣可以提高硫鋁酸鹽水泥后期強度，解決目前的硫鋁酸鹽水泥強度倒縮問題，同時硫硅 酸鈣還可以激發工業廢渣的火山灰活性，對于工業廢渣摻量較大的硅酸鹽水泥后期和長期 強度發展具有促進作用，同時還能在后期具有明顯的補償收縮的作用。因此，申請人克服了 現有技術偏見，認為硫硅酸鈣可以作為硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥外加改性組分，也可以 作為普通混凝土膨脹劑組分使用，并研發了本水泥添加劑。這對于現有技術有突出的實質 性貢獻作用。
[0012] 所述步驟a中，本發明采用的是具有高SiO2含量、高比表面積的含氧化硅原料以 增大粉料的接觸面積使硫硅酸鈣礦化完全。其中，作為參數的優選含氧化硅原料中Sicv^ 量宜大于80%，且采用比表面積大于600 m2/kg以上的粉料，優選的是比表面積1000?1500 m2/kg。這樣更加利于含氧化娃原料參與反應。
[0013] 上述方案過程中考慮到石膏的分解，按照配料中氧化物Ca0:Si02:S0 3質量比例范 圍在7:3:2?7:3:2. 8配料，以提高硫硅酸鈣礦物純度，降低貝利特的殘留。
[0014] 上述技術方案中，粉磨混勻后配料的細度為100?200目，以更好地使硫硅酸鈣礦 化完全。
[0015] 上述技術方案中制備的配料在1100?1250°C條件下高溫煅燒并保溫2?8小時， 以得到高純度的硫硅酸鈣礦物。優選的是1150?1200°C條件下高溫煅燒并保溫5小時，這 樣更加利于硫硅酸鈣的生成，提高產物純度。
[0016] 作為技術方案的優化，制備的混合礦物中硫娃酸I丐的質量含量大于50%。這樣保證 其使用時作為主要有效成分參與反應，保證其使用效果。更好的選擇是得到的混合礦物組 分中，硫硅酸鈣含量在50%?90%，貝利特10?50%，沒有高溫硬石膏殘留。
[0017] 上述方案C步驟中，將燒成的礦物粉磨至比表面積為300?450 m2/kg。這樣更加 利于水泥添加劑使用是參與反應。
[0018] 作為上述方案的優化，含氧化鈣原料可采用石灰石或電石渣。這樣成本低廉且利 于實施。
[0019] 作為上述方案的優化，含氧化硅原料可采用石英砂，或者采用合金生產產生的硅 灰，娃灰中二氧化娃質量含量應大于80%。這樣成本低廉且利于實施。
[0020] 作為上述方案的優化，所述石膏可以采用二水石膏或硬石膏。這樣成本低廉且利 于實施。
[0021] 作為優選，制得的硫硅酸鈣礦物中，硫硅酸鈣含量占質量份50%?90%，剩余成分 為貝利特成分。這樣含有少量的貝利特成分，貝利特礦物同樣也能對水泥體系的后期強度 起到促進作用。硫硅酸鈣和貝利特復合礦物組分能激發火工業廢渣火山灰活性，改善硫鋁 酸鹽水泥、硅酸鹽水泥后期強度和長期強度發展。
[0022] 本發明還公開了上述方法制得的硫硅酸鈣礦物的應用方法，其特征在于，將所述 硫硅酸鈣礦物作為硫鋁酸鹽水泥添加劑，