[发明专利]硅酸三钙-硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥及其低温制备方法

说明书

本发明公开了一种低温制备硅酸三钙‑硫硅酸钙‑硫铝酸盐水泥的方法，该水泥熟料矿物的质量配比如下：硅酸三钙：5‑45％，硫硅酸钙：20‑50％，硫铝酸钙：18‑40％，含铁相：0‑10％。本发明将原料进行活化处理，降低硅酸三钙的煅烧温度，可在1150‑1260℃通过一步煅烧的方式低温制备硅酸三钙‑硫硅酸钙‑硫铝酸盐水泥熟料。本发明工艺简单、低碳、绿色环保。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种硅酸三钙-硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥及其低温制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，已经研究和开发了各种各样的替代胶凝材料，包括贝利特水泥、氧化镁胶凝材料、碱激发系统和地质聚合物水泥。但迄今为止，还没有哪一种替代胶凝材料成熟到能够大量替代普通硅酸盐水泥。在这当中，令人关注的研究是硫铝酸钙矿物与贝利特和铁酸盐的结合。该研究旨在将硫铝酸盐水泥快速的早强特性与贝利特水泥预期的耐久性结合起来。

硅酸三钙(C₃S)是硅酸盐水泥熟料的主要矿物，水化较快，早期强度高，后期强度增进率大，煅烧温度一般在1450-1500℃；硫硅酸钙(C₅S₂$)矿物作为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中的一种中间过渡相，能与氢氧化铝离子反应产生钙矾石，提高水化活性，增强活性，煅烧温度一般在1050℃-1200℃。C₃S煅烧温度远高于C₅S₂$，在此温度下，C₅S₂$已经发生分解，因此通过一次煅烧的方法制备硅酸三钙-硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥是困难的。

现有技术中，已有关于硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的报道，例如，申请号为201810069431.1的中国专利申请，公开了一种硫硅酸钙型磷硫铝酸盐水泥熟料的合成方法，采用二次煅烧工艺制备硫硅酸钙型磷硫铝酸盐水泥熟料，将一次煅烧后得到的磷硫铝酸盐水泥同石膏一起进行二次煅烧，把水泥中的C₂S转化为硫硅酸钙。其不足在于初次煅烧温度高，二次煅烧程序复杂，能耗高，且会造成硫污染；胡月阳等人发现钢渣，铜渣可以降低硅酸三钙烧成温度，促进硅酸三钙与硫铝酸钙的共存。目前还未对于这三种矿物进行一次煅烧的先例，本发明工艺简单、低碳、绿色先进。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低温制备硅酸三钙-硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，以克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，而且能够实现废渣的有效处理。

本发明提供了一种硅酸三钙-贝利特-硫铝酸盐水泥，其水泥熟料包括以下质量配比的矿物组成：硅酸三钙：5-45％，硫硅酸钙：20-50％，硫铝酸钙：18-40％，含铁相：0-10％，具体的含铁相包括C₄AF、CF、C₂F、C₄(A,F)₃$。

一种低温制备硅酸三钙-硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的方法，包括如下步骤：

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

(1)将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按25.67-39.31：3.14-6.41：21.98-50.74：16.85-23.59的质量比配料，进行球磨，得到生料；

(2)将步骤(1)得到的生料在3-5MPa下压片，将其在1150-1260℃下煅烧，保温1-5h后，取出急冷；

(3)将步骤(2)中急冷后的熟料，与二水石膏、0-20％混合材混匀、磨细，得到硅酸三钙-贝利特-硫铝酸盐水泥。

所述步骤(1)中硅质原料为煤矸石、粉煤灰、钢渣中的一种，铝质原料为铝矾土、铝渣中的一种，钙质原料为石灰石、电石渣中的一种，工业石膏为脱硫石膏。