硫酸鹽水泥或硫酸鹽水泥集料的製造方法
2023-07-16 20:17:16 2
專利名稱：硫酸鹽水泥或硫酸鹽水泥集料的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造硫酸鹽水泥或硫酸鹽水泥集料的方法。
本世紀初已經發現，粒狀高礦渣不但可由石灰或波特蘭水泥引發水凝性硬化，這種爐渣亦可由摻合10-15％(重量)的石膏引發硬化。雖然有了這種認識，但在技術上的應用有限。石膏作為這類硫酸鹽的代表，隨之帶來一種石膏膨化的危險。石膏膨化時出現飽含結晶水的反應產物就地所需的空間會產生爆裂作用。這種現象首先發生在普通硫酸鹽礦渣水泥中，後者恰好是由波特蘭水泥熟料混合物作為含石灰載體引發最初的硬化。已知的硫酸鹽礦渣水泥是將高爐渣和15％(重量)以生石膏的形式的硫酸鈣磨碎，再加約2％(重量)的波特蘭水泥。在硬化的早期階段，熟石灰的存在是必需的，否則在硫酸鹽時效硬化發生之前就會生成一種緻密的凝膠層。
正因為如此，硫酸鹽礦渣水泥的硬化機制才不能與波特蘭水泥的水合作用過程的鹼引發相比較。在礦渣水泥的情況下熟石灰的存在引發水合作用，相反，在已知的硫酸鹽礦渣水泥的情況下，則應發生一種真正的反應，在該反應過程中石膏轉化為硫代鋁酸鈣。在已知礦渣水泥的情況下，只有在其磨碎細度至少為4000-6000cm2/g的條件下才能使硫代鋁酸鹽達到所要求的硬化，同時安全地避免石膏膨化。此外還表明，大多數高爐渣不適宜製造硫酸鹽礦渣水泥。這對高爐渣尤其如此，因為通常的高爐渣礬土含量較低，因而所需硫代鋁酸鹽的生成量達不到或僅達不足量的程序，以致石膏膨化的危險仍然存在。最後，高石灰含量是必需的，而通常高爐渣中卻不具這樣高的含量。由於上述原因，硫酸鹽礦查水泥在建築作業中沒有得到應用。
本發明之目的在於，提供發明前言中所提及的方法，籍助於該方法可使水泥或水泥集料具有極好的抗硫酸鹽和海水的性能，而且使其用作鑽孔水泥，同時還可安全地避免石膏膨化的危險。為達到上述目的，本發明之方法實質在於礦渣鹼度CaO/SiO2為1.35-1.6的水凝活性合成礦渣，例如廢物煅燒渣和/或混有金屬氧化物還原後的熔融鋼渣的高爐礦渣，該合成礦渣還含有10-20％(重量)的Al2O3，和低於2.5％(重量)的氧化鐵，該合成礦渣與佔總混合物5-20％(重量)的鹼土金屬硫酸鹽如磨碎狀的生石膏、尾氣石膏、煙氣脫硫裝置的石膏、石膏或無水石膏相混合。由於採用水凝活性合成礦渣代替通常完全不符合要求的天然礦渣，才可實現完全排除石膏膨化和製造一種水泥或水泥集料的前提條件，此種水泥或水泥集料的突出優點是高的抗海水和抗硫酸鹽的能力。由於採用一種合成礦渣，才有可能在合成的礦渣時將礦渣鹼度調節到通常高爐礦渣不能達到的礦渣鹼度1.35-1.6，例如，這可通過將廢物煅燒渣與鋼渣混合併將這種鋼渣中所含的金屬氧化物還原的辦法來達到。只要所選擇的起始礦渣還不完全合乎要求時，可在熔體中將Al2O3含量調到10-20％(重量)的預定值，同時通過液態礦渣的還原，不僅能使重金屬的含量，而且還應能使氧化鐵的含量降到低於2.5％(重量)，為其後不產生任何不良副作用。由於採用這種純度甚高的合成礦渣，則一系列難於處置的材料，諸如，煙氣除硫裝置的石膏、生石膏、廢氣石膏以及石膏和無水石膏皆可用作鹼土金屬載體使用。其中，礦渣的磨碎細度遠不如已知的硫酸鹽礦渣水泥的細度大，特別是不要求礦渣與石膏一道磨碎，而過去為保證良好的均勻混合卻是這樣做的。在硫酸鹽礦渣水泥製造過程中，通常將生石膏和礦渣攙合，這給磨碎工序帶來了不少困難。石膏在這種攙合物中傾向於結塊，使其難以達到預期的磨碎細度。因此為保證石膏均勻分布所要求的細度，如硫酸礦渣水泥所要求那樣，是極難達到的。相反，選擇本發明的合成礦渣不需將該礦渣磨碎到這麼大的細度，並使其能與同樣細度的石膏進行其後的混合，但也能得到預期均勻度的混合物。
根據本發明，最好選擇合成礦渣的磨碎細度為2800-3500cm2/g，這種細度明顯地不如已知礦渣水泥所要求的磨碎細度大。
為了保證其後發生預期的硫代鋁酸鹽反應，最好將Al2O3含量調到12-18％(重量)。
CaSO4的使用量最好為8-15％(重量)，這時礦渣鹼度選為大於1.45，優選為約1.5，這可保證快速硬化。
Al2O3含量可用添加黏土或礬土的特別簡單方式來加以調節，這種調節可在液態礦渣相中進行。
通常鋼渣約含16％(重量)SiO2，50％(重量)CaO和1％(重量Al2O3。這種鋼渣可作為石灰載體以調節其它礦渣，例如廢物煅燒渣的鹼度。高爐礦渣一般屬於酸性礦渣，極少情況下其鹼度會大於1.1或1.2。通常，高爐礦渣水泥含SiO2的量約為37％(重量)，CaO的量約為32％(重量)。但是，在這種高爐礦渣中，所含Al2O3的量一般約為13％(重量)，因此，液態鋼礦渣和高爐礦渣的混合物在調節所含Al2O3的鹼度和用例如金屬浴還原鋼礦渣中所含過量鉻和鐵之後，就適宜作合成礦渣，該礦渣可繼續加工為硫酸鹽水泥。同樣可使用廢物煅燒裝置或廢渣焚燒裝置的爐渣或煙塵，因其含有金屬氧化物而應在金屬浴中還原純化，使其組成適合用於製造硫酸鹽水泥。廢物煅燒爐渣一般亦屬於酸性爐渣，這類爐渣一般含10-25％(重量)Al2O3，鹼度小於0.5。因此這類爐渣所含SiO2的份額比含CaO高，因此，若不相應地調節其鹼度和相應地還原其中的金屬氧化物，該爐渣就不適於作原料。同樣，亦應對適合作水凝活性合成礦渣的礦渣混合物在液相進行調節，以確保所需鹼度值為1.35-1.6，只有這樣的鹼度才能保證硫代鋁酸鹽反應在無需添加熟石灰或波特蘭水泥引發初級水合的條件下進行，否則生成的凝膠層將防礙這個反應的進行。
為了進行比較，製造了一種硫酸鹽礦渣水泥與本發明製造的水泥相比較。比較其結果表明，本發明的水泥在抗壓強度變化過程的特徵是三天之後強度稍低一點，而最終強度較高。硫酸鹽礦渣水泥在三天後抗壓強度值為41N/mm2，而本發明之水泥為38N/mm2。28天之後，硫酸鹽礦渣水泥的抗壓強度達到76N/mm2，而本發明之水泥卻達到82N/mm2。本發明水泥的抗彎強度是已知硫酸鹽礦渣水泥的兩倍。硫酸鹽礦渣水泥的抗彎強度達7N/mm2，而本發明水泥達14N/mm2。
從這些對比試驗可以看出，本發明水泥的特點是收縮趨勢相當小。當礦渣水泥和普通高爐礦渣混合水泥出現裂紋時，本發明水泥由於收縮趨勢相當小，基本排除了裂紋生成的可能性，而確實地未發現裂紋。
分析過程中，磨碎細度是根據ASTM標準C 204-55中的布氏比表面積測定。對比試驗中所用的硫酸鹽礦渣水泥需更耗費及更細的研磨，其研磨細度達5000cm2/g，與此相反，用於對比試驗的本發明的水泥只需磨碎到細度為3000cm2/g。
權利要求
1.一種硫酸鹽水泥或硫酸鹽水泥集料的製造方法，其特徵在於，爐渣鹼度CaO/SiO2為1.35-1.6的水凝活性合成礦渣，例如廢物煅燒渣和/或混有金屬氧化物還原後的熔融鋼渣的高爐礦渣，該合成礦渣還含有10-20％(重量)的Al2O3和低於2.5％(重量)的氧化鐵，該合成礦渣與佔總混合物5-20％(重量)的鹼土金屬硫酸鹽，如磨碎狀的生石膏、尾氣石膏、煙氣脫硫裝置的石膏、石膏或無水石膏相混合。
2.權利要求1的方法，其特徵在於，合成礦渣的研磨細度為2800-3500cm2/g。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於，其Al2O3含量調到12-18％(重量)。
4.權利要求1，2或3的方法，其特徵在於，CaSO4的用量為8-15％(重量)。
5.權利要求1-4中之一的方法，其特徵在於，其礦渣鹼度選為大於1.45，優選為約1.5。
6.權利要求1-5中之一的方法，其特徵在於，其Al2O3的含量通過添加黏土或礬土進行調節。
全文摘要
本發明涉及一種製造硫酸鹽水泥或硫酸鹽水泥集料的方法,其中,礦渣鹼度CaO/SiO
文檔編號C04B7/21GK1229404SQ98800449
公開日1999年9月22日 申請日期1998年3月12日 優先權日1997年4月9日
發明者A·埃德林格 申請人:「霍爾德班克」財務格拉魯斯公司