高鐵磷鋁酸鹽水泥熟料的製作方法與工藝
2023-05-25 14:37:44 1
本發明屬於水泥材料的技術領域，特別涉及一種高鐵鋁酸鈣含量的磷鋁酸鹽早強水泥熟料。
背景技術：
磷鋁酸鹽水泥(PALC)，由含Al2O3、Fe2O3、CaO、P2O5、SiO2等組分的原材料經配料、混合、粉磨、燒成等製備工藝過程獲得，其礦物組成為磷鋁酸鈣（LHSS相），鋁酸鈣固溶體，磷酸鈣固溶體和部分玻璃體。磷鋁酸鹽水泥具有快硬、早強、高強等優良的力學性能，水泥漿體具有優良的耐久性，如：優良的抗凍性，抗碳化，抗化學腐蝕，抗滲和抗鋼筋鏽蝕等能力，使得該水泥在搶修工程、海洋工程等方面具有廣泛的用途和市場前景，可以在某些方面替代並改善現有膠凝材料。但是由於原料等成本較高，使得該水泥的成本大大高於普通矽酸鹽水泥，限制了該水泥的推廣應用。其中主要存在以下幾個原因：一是水泥生產需要消耗大量價格昂貴的鋁礬土；二是該水泥的燒成溫度較高（1370℃~1410℃）；且該水泥燒成需採用複合礦化劑（MgO（1%~7%）、Fe2O3（1%~8%）），在該複合礦化劑中價格昂貴的MgO佔有相當的比例，進一步提高了該水泥的成本。眾所周知，Fe的原子半徑與Al相差不大，兩者之間可以相互取代。在中國專利公開號CN1546409中已有報導，採用鐵粉或鐵渣中的鐵元素取代硫鋁酸鋇鈣中的鋁元素，從而減少該水泥原料中價格較高的鋁礬土用量，降低該水泥的成本。因此發明人研究採用大摻量的氧化鐵粉或鐵渣代替該複合礦化劑同時降低鋁礬土的用量來降低該水泥的成本。作為一種新型高鐵水泥，與此類似的技術發明在下面幾篇文獻中已有報導：屬於硫鋁酸鹽水泥系統的鐵鋁酸鹽水泥，該水泥是在硫鋁酸鹽水泥的基礎上進一步增加Fe2O3，使其超過9%。其特點是快硬、早強，可以製成自應力水泥，大量Fe2O3的引入使其與硫鋁酸鹽水泥相比燒成溫度降低到1100~1200℃。與硫鋁酸鹽水泥相比，由於鐵相含量有很大差別，所以性能上也有很多不同之處。鐵鋁酸鹽水泥液相鹼度較高，水化產物中的凝膠體除了鋁膠外，還有大量鐵膠，這些水化特徵使水泥石具有很多優良性能，鐵鋁酸鹽水泥混凝土表面不會起砂，抗海水衝刷和抗腐蝕性能優良，耐蝕性優於硫鋁酸鹽水泥。中國專利公開號CN1054236公開了一種高鐵氟鋁酸鹽超早強水泥，由於大量鐵相的存在，使水泥的燒成溫度與氟鋁酸鹽水泥相比降低了200~400℃。且熟料易磨性好，水泥的耐久性實驗證明性能良好。中國專利公開號CN1122313所述的超高鐵鋁酸鈣的矽酸鹽水泥熟料及其製造方法，公開了一種鐵鋁酸鈣超過20%以上的矽酸鹽水泥熟料，該熟料具有優良的膨脹性和耐腐蝕性，且燒成溫度範圍寬，熟料強度可達50~60MPa。基於以上相關技術，發明人研究發現大摻量Fe2O3除了可以降低水泥生產成本，並可在該水泥礦物體系中引入10%~25%的鐵鋁酸鈣，改善水泥性能；且可以進一步降低磷鋁酸鹽水泥煅燒溫度約50~70℃。目前尚未見到以大摻量的氧化鐵粉或鐵渣作為磷鋁酸鹽水泥礦化劑的相關報導。
技術實現要素：
本發明是在磷鋁酸鹽水泥原有組分的基礎上，將複合礦化劑的MgO全部由價格低廉的氧化鐵粉或鐵渣替代，使Fe2O3達到9%~15%的範圍，並相應的調整其他組分含量，從而在保持或提高該水泥性能的基礎上，進一步降低該水泥的成本。同時鐵的大量引入還可以代替一部分磷鋁酸鹽水泥中的鋁，降低該水泥原料中鋁礬土的用量。與磷鋁酸鹽水泥相比，該水泥熟料礦相中出現了大量的鐵鋁酸鹽礦物（C2AxF1-x（0.3≤x≤0.7）），鐵相在該水泥燒成中主要作為熔劑降低燒成溫度（見附圖7），大量鐵鋁酸鹽礦物的存在使該水泥熟料的燒成溫度有了顯著降低（1300℃~1370℃）。鐵相還是一種膠凝性較好的礦物。在矽酸鹽水泥礦物中其強度發展僅次於矽酸三鈣，而在屬於硫鋁酸鹽的鐵鋁酸鹽水泥中，它的存在可以代替一部分硫鋁酸鈣充當早強型礦物。在磷鋁酸鹽水泥礦物中它可以替代一部分CA(1-Y)(PY)，提供該體系的早期強度。據報導，由於磷鋁酸鹽水泥水化產物主要是羥基磷灰石、水化磷鋁酸鹽凝膠及水化磷酸鹽凝膠。水化產物中同時存在的水化磷鋁酸鹽凝膠及水化磷酸鹽凝膠之間可以縱橫交聯形成緻密的網絡結構，改進PALC的物理性能，有效地阻止外界離子的侵入。因此，磷鋁酸鹽水泥的抗硫酸鹽侵蝕性能較矽酸鹽水泥有較大優勢。鐵鋁酸鈣礦物的引入使該水泥除了具有良好的抗侵蝕和抗衝刷性能。同時，研究發現當鐵鋁酸鈣的含量佔熟料組成超過20%，該水泥具有一些特殊的性能，如微膨脹和耐摩擦等，這使得該水泥特別適用於用於道路、機場搶修及海洋工程等。本發明的有益效果是，比磷鋁酸鹽水泥具有較低的燒成溫度，成本低且具有更好力學性能和抗侵蝕性能。附圖說明圖1、2、3分別為燒成的三種水泥熟料的XRD分析圖。圖中：1-LHss，2-CA（1-Y）(PY)，3-C2AS，4-CP(1-Z)(AZ)，5-C2AxF1-x。圖4、5、6分別為本發明的水泥熟料的SEM圖。圖7為標示本發明的熟料中鐵相分布的SEM圖。具體實施方式實施例1生料組分重量百分比：磷酸三鈣35.5%碳酸鈣26.1%氧化鐵9.8%氧化鋁24.1%二氧化矽4.5%按設計比例混勻，在實驗室用1600℃矽鉬棒電爐對以上生料進行煅燒，正常升溫速度（10℃/min），燒成溫度為控制在1300℃~1370℃之間，保溫時間90min。實施例2生料組分重量百分比：磷酸三鈣34.6%碳酸鈣26.1%氧化鐵12%氧化鋁21.3%二氧化矽6.0%按設計比例混勻，在實驗室用1600℃矽鉬棒電爐對以上生料進行煅燒，正常升溫速度（10℃/min），燒成溫度為控制在1300℃~1370℃之間，保溫時間90min。實施例3生料組分重量百分比：磷酸三鈣34.1%碳酸鈣29.3%氧化鐵15%氧化鋁20.1%二氧化矽4.5%按設計比例混勻，在實驗室用1600℃矽鉬棒電爐對以上生料進行煅燒，正常升溫速度（10℃/min），燒成溫度為控制在1300℃~1370℃之間，保溫時間90min。各實施例獲得的熟料礦物組成如下表1所示，熟料的物理性能見表2。表1熟料礦物組成表2水泥物理性能分別對1#、2#、3#熟料進行了XRD和SEM分析，結果分別見圖1、2、3和圖4、5、6。3#熟料的元素分布圖見圖7，從圖中可以看出，鐵元素主要存在於熟料礦物的間隙中，起到助熔劑的作用。