一種低碳水泥熟料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及到制備低碳水泥熟料的技術領域。具體設及到低碳水泥熟料及其制備 方法和應用。該水泥熟料為W高活性e型娃酸二巧(e-C2S)、硫娃酸巧(CsSisS)和硫侶酸巧 (C4A在):為主要礦物的生態水泥熟料。
【背景技術】
[0002] 生產傳統娃酸鹽水泥的原材料主要是石灰質、粘±及其它娃、侶和鐵質校正原料， 水泥熟料的主要礦物成分為娃酸=巧(C3S)、娃酸二巧(C2S)、侶酸=巧(CsA)和鐵侶酸四巧 (C4AF)。通常娃酸S巧占礦物組成的60~70 %，娃酸二巧占15~25 %，侶酸S巧占5~10 %， 鐵侶酸四巧占10~15%。傳統娃酸鹽水泥熟料娃酸=巧礦物含量很高，不僅燒成溫度很高， 而且對石灰石的品位要求也很高，因此，傳統水泥行業是典型的高排放、高能耗、高資源負 荷的典型代表，是不可持續的。
[0003] 截止目前，國內外科研人員在W貝利特為主要礦物的水泥熟料(二巧娃酸鹽水泥 熟料)研究方面開展了大量的研究工作。例如，申請號201210022401的專利記載水泥熟料含 有25-30 % 的0-C2S; 25-30% 的a-C2S; 28-40 % 的C4A3容;:4-12% 的C4AF; 4-8% 的非晶相物 質，該水泥通過生成大量的0-C2S來改善水泥的早期強度，但是生成條件很難控制。申請號 200610045503.6的專利記載硫侶酸領巧礦物與貝利特礦物復合的貝利特-硫侶酸領巧水 泥，但受硫酸領資源限制，不可能規模化生產。另有研究表明，因為貝利特礦物的水化活性 很低導致水泥3天和28天強度不能滿足工程要求。

【發明內容】

[0004] 本發明旨在提供一種般燒溫度低、高活性0型娃酸二巧含量、水化活性高的水泥熟 料，且其強度指標能夠滿足實際工程要求。
[0005] 本發明的目的是通過W下方案實現：
[0006] -種低碳水泥熟料，所述低碳水泥熟料中高活性0型娃酸二巧含量^ 50%，硫娃酸 巧含量為5%~15%，硫侶酸巧含量為15%~25%。
[0007] 進一步的，所述水泥熟料的制備原料為含娃侶材料、石灰石，各原料的重量份數比 為：
[000引含娃侶材料:20~35
[0009] 石灰石:50~80
[0010] 工業尾礦:5~15
[0011] 其中：所述含娃侶材料為低品位抓±、粉煤灰、赤泥、煤桿石中其中一種或幾種的 混合物;所述工業尾礦中含有硫元素，S化含量為20 %~58 %。
[001 ^ 進一步的，所述含娃侶材料中SiO治量為40 %~60 % ; Al203含量為20 %~50 % ; 化203含量為0.01 %~10 % ;MgO含量為0.01 %~5 %;所述石灰石中CaO含量為45 %~56 %。
[0013] 進一步的，所述工業尾礦為工業尾礦A、工業尾礦B、工業尾礦C中的其中一種或幾 種的混合物;所述工業尾礦A為:含憐、鐵、領、硫的工業廢棄物，所述工業尾礦B為:含巧、憐、 棚、鐘、鋼、硫的工業廢棄物，所述工業尾礦C為:含巧的礦物鹽類。
[0014] -種低碳水泥熟料的制備方法，其特征在于:制備步驟為：
[0015] A、按所述原料的重量份數混勻后進行粉磨，粉磨后粒徑要求為0.08mm方孔篩篩余 小于15%;
[0016] B、將步驟A中粉磨后的原料在般燒溫度1150~1350°C條件下般燒10~40min，冷卻 后即得所述低碳水泥熟料。
[0017] 進一步的，所述般燒溫度為1250°C。
[0018] 低碳水泥熟料的應用，所述水泥熟料加入0.0 l %~10%的石膏及0.0 l %~10%的 石灰石進行粉磨，粉磨后粒徑要求為0.08方孔篩篩余小于10%，比表面積不小于400m2/kg， 得水泥成品。
[0019] 進一步的，所述石膏為天然石膏、硬石膏或半水石膏中的任意一種。
[0020] 本發明是基于W下原理：
[0021] 低品位侶饑±或粉煤灰或赤泥或煤桿石的化學成分主要包括Si化，Ab化，Fes化， 化OW及其它少量氧化物，可W充分提供本發明水泥熟料中礦物所需的娃侶質材料。石灰石 主要提供形成熟料礦物所需的化0成分。工業廢棄物A、B、C或它們的組合主要用于提供滲雜 化學元素，同時降低燒結溫度。
[0022] 本發明中水泥熟料石灰飽和系數顯著低于傳統娃酸鹽水泥熟料的石灰飽和系數。 通過將原材料按上述比例滲和后在1150~135(TC左右燒結成的綠色低碳水泥熟料中主要 礦物成分包括高活性e型娃酸二巧，硫娃酸巧W及硫侶酸巧。采用本方法制備的低碳水泥熟 料中，引入硫滲雜技術使高活性e型娃酸二巧晶體發生崎變，晶體礦物表面形成大量的微裂 紋，從而具有很高的水化活性，不僅對后期強度發展貢獻極大，而且對水泥石早期和中期強 度發展也非常有利，在既有文獻中沒有發現具有本方法制備的e型娃酸二巧晶體的表面特 征;硫侶酸巧礦物水化具有小時強度發展特征，對獲得高早期強度有利;本發明低巧水泥熟 料中引入的硫娃酸巧是一種在低溫條件下（1050~1250°C左右)形成的具有水化活性的熟 料礦物，該熟料礦物的水化活性在既有文獻中沒有發現，其對硬化水泥漿體的中期強度發 展非常有利，進一步縮短了早期強度和后期強度發展的過渡時間。本方法制備的水泥熟料 水化步驟如下：
[0023] 第一步:早期水化
[0024] 4CaO ? 3Al2〇3 ? S〇3+CaO ? S〇3+出0一6Ca0 ? Al2〇3 ? 3S03 ? 32出0+A1(0H)3 [00巧]第二步：中期水化
[0026] 4CaO ? Al2〇3 ? Fe2〇3巧CaO ? 2Si化? S03+A1(0H)3一2Ca0 ? Al2〇3 ? Si〇2 ?出0+
[0027] 6Ca0 ? (Al2〇3,化2〇3) ? 3S03 ? 32出0+4Ca0 ? (Al2〇3,化2〇3) ? S〇3 ? 12出0
[0028] 第S步：中后期水化
[0029] 2Ca0 ? Si〇2+H2〇一CSH+Ca(0H)2
[0030] 該水泥熟料具有很高的早期強度，穩定的中期強度發展和優秀的后期強度增長 率，所制備的水泥砂漿流動性能優良。同時，燒成過程降低C〇2排放20%左右，降低氮氧化物 NOx排放50 %左右，降低煤耗20 %左右，降低電耗10 %左右，是一種典型的生態水泥。
[0031] 本發明的有益效果是：
[0032] I.本發明提供的水泥熟料具有高水化活性，其中高活性e型娃酸二巧(0-C2S)含量 >50%，其水化活性改善源自晶體顆粒表面具有大量的微裂紋缺陷，從而顯著提高該類水 泥熟料的后期強度；硫娃酸巧（CsSis各）含量介于 5%~1S%之間，該礦物形成溫度介于 1150°C~1250°C，最優溫度為1180°C，水化活性介于硫侶酸巧和高活性0型娃酸二巧(0-C2S)之間，貢獻于該類水泥熟料的中期強度發展，從而避免水泥混凝±強度發展中期間斷 現象，硫娃酸巧的形成，是本發明的重要創新點，現有技術水泥熟料中未發現相關研究;硫 侶酸巧(〇4乂3$)含量介于15%~25%之間，貢獻于該類水泥熟料的早期強度發展。
[0033] 2.低品位侶饑±或粉煤灰或赤泥或煤桿石等工業廢棄物或尾礦滲配比高，最高可 達水泥原料30% W上，因此資源負荷低。
[0034] 3.該水泥熟料的燒成溫度在1250°C左右，比傳統娃酸鹽水泥熟料的燒成溫度降低 100~200°C，燒成過程降低C〇2排放20%左右，降低氮氧化物NOx排放50%左右，降低煤耗 20%左右，降低電耗10%左右。
[0035] 4.本發明的水泥熟料具有優秀的早期強度，中期強度和后期強度。水泥熟料水化 后6小時抗壓強度IOM化W上，1天抗壓強度20MPa W上，3天抗壓強度30MPa W上，7天抗壓強 度40MPa W上，28天抗壓強度60 ± 5M化W上。標準水泥膠砂擴展度介于135mm~200mm，工作 性能優良。
【具體實施方式】
[0036] 實施例1
[0037] -種低碳水泥熟料，所述低碳水泥熟料中高活性0型娃酸二巧含量^0%，硫娃酸 巧含量為5%~15%，硫侶酸巧含量為15%~25%。
[0038] 水泥熟料的制備原料為含娃侶材料、石灰石，各原料的重量份數比為：
[0039] 含娃侶材料:20~35
[0040] 石灰石:50~80 [0041 ] 工業尾礦:5~15;
[0042] 其中：所述含娃侶材料為低品位抓±、粉煤灰、赤泥、煤桿石中其中一種或幾種的 混合物;所述工業尾礦中含有硫元素，硫含量W S〇3計，為20 %~58 %。
[0043] 所述含娃侶材料中Si化含量介于40 %~60 %之間；Ab化含量介于20 %~50 %之 間；Fe2〇洽量介于0.01 %~10%之間；MgO含量介于0.01 %~5%，W上含量均指重量百分 比；所述石灰石中化0重量百分含量為45 %~5