[发明专利]一种磷石膏脱硫制备硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的工艺

说明书

本发明公开了一种磷石膏脱硫制备硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的工艺，获取磷石膏，经干燥、破碎、粉磨，和硅铝铁质原料按照低KH值的水泥熟料配料后混合粉磨；所得低KH值混合料经预热器进入脱硫炉，加入碳质原料进行CaSOsubgt;4/subgt;的脱硫；所得脱硫物料冷却后加入钙质原料、铝质原料、石膏进行混合粉磨，使得KH值、IM值以及PM值达到硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的标准要求；进入分解炉进行碳酸盐的分解；经过分解的生料进入回转窑煅烧，制得硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料；本发明实现磷石膏在低温下高效稳定脱硫的同时不需加入CaFsubgt;2/subgt;等助熔剂便成功制备出和Csubgt;3/subgt;S共存的硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料，在有生成的情况下，Csubgt;3/subgt;S含量达到30％以上。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的工艺。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，磷石膏的组成比较复杂，除水合硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，其中氟和有机质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大，堆放会占用大量土地，并会对水资源和土地资源造成污染。据中国磷肥工业协会统计，2020年磷石膏年排放总量约7500-8000万吨，虽有很多行业尝试使用磷石膏，但利用率低，国内堆存量已达6亿多吨，世界达60亿多吨，磷石膏的资源化和安全高效利用，对解决堆放处理带来的环境污染、资源浪费问题具有重要意义。

磷石膏代替石灰石作为CaO源生产水泥熟料是解决磷石膏资源化利用的一个具有挑战和意义的方向，可以使熟料中的CaO主要由磷石膏提供，减少石灰石在水泥生产中的二氧化碳排放问题。水泥熟料对SO₃含量具有严苛的要求，但CaSO₄相对于CaCO₃而言，其需要在更高的温度下才能完全分解并脱硫，会增加工艺上的操作难度和成本，甚至在熟料煅烧的温度下依然能大量存在，不仅严重影响C₃S的形成，还会对熟料的生产和应用带来诸多不利影响，这无疑制约了其在水泥熟料制备上的应用。

硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料是在硅酸盐水泥熟料的基础上引入矿物，替代了强度绝对值低、耐腐蚀性差、干缩性大的C₃A矿物，使其兼具硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的优点，具有烧成温度低、凝结时间短、早期强度高、后期强度发展稳定、微膨胀、体积稳定性好、耐腐蚀性好的特点。

用于制备硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的常规方法为采用石灰石、硅铝铁质原料和少量石膏进行配比设计，但和C₃S矿物大量形成时所需的温度不同，于是需要加入0.5％-1％的CaF₂来降低C₃S的形成温度，从而实现和C₃S的共存，该法使用了大量不可再生资源-天然石灰石，因而配料所带来的碳排放高，还因使用CaF₂作为助熔剂而增加了成本。采用磷石膏代替石灰石作为CaO源制备硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料，能实现固废磷石膏的大量利用，磷石膏在反应过程中可以起到三部分作用，其一是脱硫后的磷石膏成为CaO参与到所有矿物的形成中，其二是未脱除硫的磷石膏以CaSO₄或其他含硫物质的形式参与到矿物的形成中，其三是磷石膏本身含有少量的F和P元素，因此不需加入CaF₂便可以降低C₃S的形成温度，实现和C₃S的共存。该方法也适用于磷石膏的脱硫率达不到较高水平的场合。

将磷石膏应用于水泥熟料的制备首先要进行脱硫处理，现有技术存在两种路线，一是将磷石膏单独与还原剂混合脱硫，这样存在脱硫效率不高而且产品脱硫率不稳定的缺陷。二是将磷石膏、硅铝铁质原料、还原剂混合脱硫，但因缺少相关机理及指导方法而同样存在脱硫率低的缺陷，甚至易出现熔融而难以用于生产。

发明内容