[发明专利]一种低碳水泥熟料的制备方法

说明书

一种新型低碳水泥熟料及其制备方法。涉及水泥制备技术领域。熟料包括以下率值范围：碱度系数C：1.0≤C≤1.5，铝硫比P：P＜1.92，铝硅比N：N＜1，石灰饱和系数Cs：0.9≤Cs＜1.0；所述石灰饱和系数Cs考虑了SOsubgt;3/subgt;成分含量，对碱度系数C进行校正而得；然后，根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，设定新型低碳水泥熟料的氧化物组成，或根据所述碱度系数C、铝硫比P、铝硅比N和石灰饱和系数Cs的率值范围，先设定具体的率值参数，再反向计算新型低碳水泥熟料的氧化物组成；本发明预期可以广泛应用，大量替代传统硅酸盐水泥水泥，助力水泥行业低碳可持续发展。

技术领域

本发明涉及水泥制备技术领域，特别是涉及一种新型低碳水泥熟料及制备方法。

背景技术

我国水泥工业年排放CO₂约13亿吨，约占工业排放总量的13%，其碳减排刻不容缓。通用硅酸盐水泥和预分解窑（PC）水泥生产工艺技术，经历了百余年的生产实践和科技进步，工艺装备几经更新换代，目前能耗水平已经较低，继续降低能耗的潜力有限。然而根据我国社会经济发展需求，2060年我国水泥产量应维持在10亿吨以上的高位。因此，亟需突破传统硅酸盐水泥熟料体系，研发新型低碳水泥熟料，助力水泥行业早日实现双碳目标。

硅酸盐水泥中主要强度来源阿利特矿物（硅酸三钙C₃S的固溶体），生成温度约1450℃，CaO含量高达73.7%。这也从根源上导致了硅酸盐水泥熟料的高碳排放。与阿利特（硅酸二钙C₂S的固溶体）相比，贝利特中CaO含量为65.1%，且在温度高于1250℃下即可快速形成。因此与阿利特相比，贝利特碳排放较低，由此而引起的能量消耗和碳排放也相应较低。无水硫铝酸钙（C₄A₃$）中CaO含量为36.8%，且形成温度较低（1300℃），因此更具有显著的节能和低碳排放的特点。硫硅酸钙（C₅S₂$）中CaO含量为58.33%，由贝利特和硬石膏在1150~1250℃反应形成，因此该矿物同样具有节能和低排放的特点。从碳排放综合计算分析，C₃S、C₂S、C₄A₃$和C₅S₂$几种矿物的碳排放分别为579kg/t、511kg/t、216kg/t和458kg/t。可见，发展以C₂S、C₄A₃$和C₅S₂$等低钙低能耗矿物为主的新型低碳水泥熟料，是实现水泥行业碳减排的有效手段。

硫铝酸盐水泥熟料主要由C₄A₃$、C₂S和铁铝酸钙C₄AF等矿物组成。尽管硫铝酸盐水泥熟料也属于一种低碳熟料，但其在烧成时需要消耗大量不可再生资源—高品位矾土（Al₂O₃60%），导致其价格昂贵，难以广泛推广和应用。另一方面，性能上，硫铝酸盐水泥后期强度增长乏力，甚至有强度倒缩的风险，主要应用于抢修抢建等特殊工程。

针上述技术缺陷，本发明通过提高硫铝酸盐水泥熟料中的贝利特含量，或引入硫硅酸钙，实现水泥熟料多元矿物间的组成优化匹配和性能的协同发挥，攻克传统硫铝酸盐水泥熟料后期性能发展不平衡难题，以期获得具有广泛推广意义的新型低碳水泥熟料。水泥熟料水化过程是多元组分的协同过程。针对该新型低碳水泥熟料体系，本专利提出了具体可控的熟料率值配料方案，解决了新型低碳熟料矿物之间的组成比例关系控制难题，实现了目的性和稳定性控制生产具有优异早后期性能的新型低碳熟料。

发明内容

本发明的目的在于提供针一种新型低碳水泥熟料的设计与制备方法。本发明提出了新的率值突破了传统硫铝酸盐水泥熟料的率值范围。所制备的新型低碳水泥熟料碳排放量大幅降低，且性能优异，早期强度和后期强度均超过普通硅酸盐水泥熟料。