[发明专利]环保波特兰(Portland)水泥、其制备方法以及其应用

说明书

本申请案涉及环保波特兰(Portland)水泥、其制备方法以及其应用，涉及使用化学机械抛光CMP废弃物制备的环保波特兰水泥生料和熟料以及其制备方法。本申请案还涉及环保波特兰水泥熟料的应用，例如作为混凝土原料等用途。

技术领域

本申请案涉及使用化学机械抛光(CMP)废弃物制备的环保波特兰(Portland)水泥生料和熟料以及其制备方法。本申请案还涉及环保波特兰水泥熟料的应用，例如作为混凝土原料等用途。

背景技术

水泥是常见于建筑材料中的胶结性材料的总称，其是现今最重要的建筑材料之一。按照胶结性质的差异，水泥可分类为水硬性水泥和非水硬性水泥。还按照矿物组分将水泥分类为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等种类。其中，硅酸盐水泥也称为波特兰水泥，应用层面非常的广，还可依照需求使用不同类型的波特兰水泥。

波特兰水泥包含氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等主要成分，其针对使用目的和性质而使用不同含量配比的组分。所述主要成分可例如分别由石灰石、粘土、硅矿与铁渣等矿石原料所提供。然而，开采矿石原料对环境造成极大负担和影响，矿产资源含量也并非无限，因此近年来开始寻找替代矿石原料的原料以降低制备水泥的环境与经济成本。

部分半导体产业的废弃物所含成分与波特兰水泥的主要成分类似，且已经有文献报道可使用半导体产业的事业废弃物作为水泥原料的替代性原料，由此，可尝试使用半导体产业所产生的废弃物作为替代性原料。例如，半导体产业中所使用化学机械研磨(CMP)法中产生的废液和经处理废液所产生的固态废弃物，即含有部分种类的水泥主要成分。

化学机械研磨(CMP)法是目前主要使晶片表面平整化的过程，其包含使用研磨垫和研磨液进行平整化。在CMP研磨液中，通常包含大量纳米级二氧化硅(SiO₂)粒子作为研磨粒体，将研磨液用于研磨后，所述研磨粒体仍悬浮在所产生的废水中。为了减少废弃物排放对环境的冲击和符合法规的排放标准，CMP过程所产生的废水必须经过一定的处理程序方得以排放。一般来说，处理后产生由研磨粒体、絮凝物和处理添加剂所组成的固态污泥(本文中统称为「CMP污泥」)。针对所产生的CMP污泥，通常利用掩埋的方式处理。然而，倘若因环境应力(例如风化或降雨)而造成极微细尺寸的废弃物颗粒析出，则可能流入地下水体中导致二次污染。

为避免掩埋方式造成前述的二次污染，可尝试将CMP污泥作为制造混凝土的水泥熟料中部分原料的替代物，同时可减少制造水泥的环境与经济成本。然而，因CMP污泥替代水泥熟料的量有所限制，这种方式对降低环境与经济成本的效益仍有限。若能将CMP污泥直接作为水泥生料的原料使用，不仅可免除掩埋CMP污泥所产生的问题，更可减少开采矿产的需求。但是实行上仍有许多技术问题需要克服。

发明内容

因此，本申请案涉及使用化学机械抛光(CMP)污泥制备的环保波特兰水泥生料，其包含石灰质材料、粘土质材料、铁质材料和化学机械抛光(CMP)污泥，其中所述CMP污泥包含低于其自身重量40％的氟，且其中所述水泥生料含有至少0.024重量％的铈。所述环保波特兰水泥生料可例如是符合波特兰I型、IA型、II型、IIA型、II(MH)型、II(MH)A型、III型、IIIA型、IV型和V型水泥生料组分和性质要求的生料。

本申请案还涉及环保波特兰水泥熟料，其特征在于所述熟料含有至少0.024重量％的铈。

本申请案还涉及环保波特兰水泥熟料的制备方法，其是通过将前述波特兰水泥生料通过旋窑烧结方式制得。

本申请案还涉及环保波特兰水泥熟料的应用，例如作为混凝土原料等用途。

附图说明

图1是使用传统波特兰水泥生料和使用CMP污泥作为环保波特兰水泥生料的一部分所制成的波特兰水泥熟料的凝结时间。

具体实施方式

环保波特兰水泥生料