[发明专利]一种低温煅烧熟料及其制品的二氧化碳矿化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温煅烧熟料及其制品的二氧化碳矿化制备方法，属于水泥材料和工业固体废弃物及利用工业CO2废气矿化养护制品技术领域。

背景技术

目前水泥厂煅烧熟料温度在1400℃-1450℃之间，加热原料主要以煤粉为主。因此在熟料煅烧的过程中，释放大量的CO2等温室气体。在不久的将来，水泥厂必定会受到国家相关政策的限制。因此降低熟料煅烧温度，减排CO2温室气体，降低生产成本势在必行。本专利为低温煅烧熟料和CO2减排开辟了新途径。本专利技术主要是利用碳化原理，通过碳化反应将熟料内部的CaO和MgO碳化生成稳定的碳酸盐，增加强度，消除水泥的安定性问题，并弥补由于C₃S缺少而造成的强度不足的缺陷。生料通过低温煅烧，只需熟料中形成C₂S、C₃A和C₄AF以及少量的C₃S，然后利用碳化养护处理，将熟料体系中过多的CaO、MgO碳化生成稳定的碳酸盐，消除水泥因CaO过多而引起的安定性不良，并在碳化养护中促进熟料矿物的水化，在短期内获得较高的强度。在此过程中，不仅降低了水泥的生产成本，而且达到了CO2减排的目的。另外，熟料在冷却过程中自然粉化，也节省了粉磨时间和降低了粉磨成本。因此碳化反应不仅为低温煅烧水泥熟料开辟了新途径，而且对于利用工业尾气，较少CO2排放开辟了新途径。

发明内容

本发明的目的是为了降低水泥熟料煅烧温度和解决CO2工业尾气减排等问题。本发明不仅降低了水泥熟料的煅烧温度，而且节约了煤粉的用量，既节约了成本，又达到了节能减排的目的。本发明是通过以下技术方案来实现的：

生料是以石灰石、砂岩、页岩、钢渣等为原材料。水泥的三大率值取值范围，KH=0.88-0.94，SM=1.7-2.7，IM=0.8-1.7。水泥熟料的煅烧温度范围是1200℃-1450℃，磨细添加4%-10%石膏制成水泥。水泥制品的水泥水化时间是12h-72h之间，碳化工艺：CO2分压为0.05MPa-2MPa，碳化环境湿度为20RH-80%RH，碳化温度是20℃-80℃，碳化时间是0.5h-10h，CO2浓度是20%-99.9%ppm。

根据上述的降低水泥熟料煅烧温度方法及其后期碳化养护的方法，其特征在于采用如下步骤：1）  将原料磨细过200目筛，按照三大率值配料并混匀备用。2）  去混匀的生料进行煅烧，煅烧温度为1200℃-1450℃，达到煅烧温度后保温60min。3）  将低温煅烧的熟料快速冷却并加5%-10%石膏粉末至过200目筛。4）  利用磨好的熟料按照砂浆的制备标准制备砂浆制品，并标准养护12h-72h。5）  放于碳化反应釜内，将容器抽至真空0.01MPa-0.03MPa，然后再在CO2分压为0.05MPa-2MPa、碳化环境湿度为20%RH-80%RH、碳化温度是20℃-80℃、碳化时间是0.5h-10h、CO2浓度是20%-99.9% ppm的碳化工艺下进行碳化养护处理。

具体实施方式：按照生料率值KH=0.899，SM=1.893，IM=1.092进行配料计算，按温度1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1435℃煅烧熟料，将不同煅烧程度的熟料制成砂浆试块，按照CO2分压为0.5MPa、湿度70%RH、碳化温度70℃、碳化时间4h碳化工艺进行养护处理，然后测量碳化后的水泥制品的力学性能以及吸水率和其碳化深度。实验发现。随着煅烧温度的增加，碳化后的抗压强度呈现先增加后减小的趋势，这是因为随煅烧温度的增加，C₂S含量逐渐减小，C₃S含量逐渐升高，熟料中CaO含量逐渐减小，制品碳化后熟料表面水化出的CH和熟料中的CaO被碳化，形成致密的CaCO₃覆盖住周围的骨料，使骨料与水泥浆体的界面强度加强。随着煅烧温度的继续升高，CaO含量进一步降低，强度的增加主要靠水泥熟料水化产生的凝胶来提供。导致强度稍微的降低或保持不变。发现1350℃和1400℃下煅烧的水泥熟料经过碳化养护处理以后，强度高于1450℃未碳化处理的，说明水泥熟料的煅烧温度可以为1350℃，但需要经过后期碳化处理，其性能才符合要求。

附图：

图1 煅烧温度对水泥砂浆抗折强度的影响

图2  煅烧温度对水泥砂浆抗压强度的影响

图3煅烧温度对水泥砂浆吸水率的影响

图4煅烧温度对水泥砂浆碳化深度的影响

图5  1350℃下28d砂浆试块SEM图