一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料及其製備方法與流程
2023-05-13 13:36:46 3
本發明涉及到水泥材料製備技術領域，尤其涉及含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料及其製備方法。
背景技術：
硫鋁酸鹽水泥是一種具有早強、高強、高抗滲和微膨脹等性能膠凝材料，其主要礦物硫鋁酸鈣（c4a3$）在熟料體系中其大量形成的溫度在1200℃左右，在較高的溫度下，c4a3$會分解，一般認為其穩定存在的上限溫度為1350℃。矽酸鹽水泥熟料主礦相矽酸三鈣（c3s）是在有液相存在的情況下形成的，而液相形成溫度至少要在1250℃，c3s的大量形成溫度一般在1350℃以上。而熟料體系中存在高so3含量下，會抑制c3s礦物形成，因此，一般情況下，c3s不能在硫鋁酸鹽水泥熟料中存在。氧化物簡寫為：c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。
現有技術在硫鋁酸鹽水泥熟料中引入c3s礦物，基本上是通過熟料體系中加入礦化劑caf2，降低c3s燒成溫度，進而實現c3s引入到硫鋁酸鹽水泥熟料體系。專利硫鋁酸鈣-阿利特複合礦相水泥熟料及其製備方法（公開號cn1951853a）和專利一種c3s型硫鋁酸鹽水泥熟料及其製備方法（cn104326687a）均是使用了礦化劑caf2實現c3s和c4a3$共存。但是礦化劑caf2的使用會對環境造成汙染，且對水泥窯爐系統具有腐蝕性，同時隨著caf2摻量增加會對水泥性能有不利影響，限制了其在水泥熟料製備中的應用。
因此，開發一種新的含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料及其製備方法的研究對熟料工業發展具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術中存在的上述問題，提供一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，採用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o為原料，解決向硫鋁酸鹽水泥熟料中引入c3s礦物問題。
本發明還提供上述含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的製備方法，通過調整熟料體系鐵相組成和含量，採用離子摻雜技術，製備含矽酸三鈣（c3s）的硫鋁酸鹽水泥熟料。
為實現上述目的，本發明技術方案如下：
一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，礦物組成中，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；
所述c2f，即鐵酸二鈣，化學計量式為2cao·fe2o3；所述c3ba3$，即硫鋁酸鋇鈣，化學計量為3cao·3al2o3·baso4。
所述含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：
c3s5～30％，
c3ba3$20～65％，
c2s30～60％，
c2f3～25％；
其中，氧化物簡寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。
所述含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，化學組成及百分含量為：
cao47～60%，
sio211～29%，
al2o38～28%，
fe2o31～15%，
bao5～17%，
so32～8%。
上述含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的製備方法，步驟包括：
1）配料：按下述重量份稱取原料caco383～107份、baco36.4～21.8份、sio211～29份、al(oh)312.2～43.8份、fe2o31～15份和caso4·2h2o4.3～17.2份，然後將配好的原料經溼法混合後，烘乾，壓片，備用；
2）煅燒：將步驟1）處理後原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然後保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1300～1410℃，並保溫煅燒0.5～1.5h；
3）冷卻：煅燒結束後，空氣急冷，得到含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。
優選地，步驟1）中，原料粒度在80μm以下。
優選地，步驟1）中，烘乾溫度為105℃。
優選地，步驟1）中，壓片方法為：烘乾後原料中加入質量分數為7%的水，混合均勻後，在鋼模中16mpa下壓製成φ35mm×5mm的生料片，然後於105℃烘4h。
優選地，步驟2）中，以3℃/min升至1320℃，並保溫煅燒1h。
本發明含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，煅燒過程中液相主要是由cao、al2o3和fe2o3等組成，熟料燒結形成c3s的過程，與液相形成溫度、液相量、液相性質以及cao、c2s溶解於液相的溶解速度、離子擴散速度等各因素有關。因此通過調節鐵相組成和含量，同時採用離子摻雜技術，解決在硫鋁酸鹽水泥熟料中生成一定量的c3s礦物。從而避免了引入caf2對水泥性能和設備的影響。通過調控熟料體系液相性質，製備出中後期強度持續增加的含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料，同時克服了硫鋁酸鹽水泥由於鹼度低而限制混合材的使用。
本發明含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，原料礦物均採用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o配料，熟料燒結形成c3s的過程需要液相環境，本發明通過設計鐵相組成為c2f，鐵相量在3～25%之間，可有效促進c2s更多溶解於液相併吸收cao轉化為c3s，同時設計引入bao使硫鋁酸鹽礦物分解溫度提高30℃，擴大了c3s和硫鋁酸鹽礦物溫度共存區間。
本發明技術方案的有益效果和特點：
1）通過調整鐵相組成，可以明顯降低c3s礦物形成溫度，有利於節能降耗。
2）本發明含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料中硫鋁酸鹽礦物為含硫鋁酸鋇鈣（3cao·3al2o3·baso4），其分解溫度較c4a3$高30℃，擴大了c3s和硫鋁酸鹽礦物共存區間。
3）本發明含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料可以增加硫鋁酸鹽水泥中混合材摻量。
附圖說明
圖1為實施例1製備的含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；
圖2為實施例2製備的含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；
圖3為實施例3製備的含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；
圖4為對比例1製備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜；
圖5為對比例2製備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜；
圖6為對比例3製備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜。
具體實施方式
為了更好地理解本發明，以下利用實施例進一步闡明本發明，但本發明內容不能認為限制發明的範圍。
實施例1
一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的製備方法，步驟包括：
1）配料：按下述重量份稱取原料caco389.8份、baco36.4份、sio218.6份、al(oh)315.2份、fe2o311.7份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然後將配好的原料經溼法混合後，105℃烘乾，加入質量分數為7%的水，混合均勻後，在鋼模中16mpa下壓製成φ35mm×5mm的生料片，然後於105℃烘4h，備用；
2）煅燒：將步驟1）處理後原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然後保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1320℃，並保溫煅燒1h；
3）冷卻：煅燒結束後，空氣急冷，得到含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。
實施例1含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s42%，c2f20%，c3ba3$23%。其中，氧化物簡寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖1xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；
其化學組成及百分含量為：cao52.1%，sio218.6%，al2o39.9%，fe2o311.8%，bao5.0%，so32.6%。
實施例2
一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的製備方法，步驟包括：
1）配料：按下述重量份稱取原料caco391.9份、baco36.4份、sio220.4份、al(oh)315.2份、fe2o38.8份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然後將配好的原料經溼法混合後，105℃烘乾，加入質量分數為7%的水，混合均勻後，在鋼模中16mpa下壓製成φ35mm×5mm的生料片，然後於105℃烘4h，備用；
2）煅燒：將步驟1）處理後原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然後保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1350℃，並保溫煅燒1h；
3）冷卻：煅燒結束後，空氣急冷，得到含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。
實施例2含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s47%，c2f15%，c3ba3$23%。其中，氧化物簡寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖2xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；
其化學組成及百分含量為：cao53.3%，sio220.4%，al2o39.9%，fe2o38.8%，bao5.0%，so32.6%。
實施例3
一種含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的製備方法，步驟包括：
1）配料：按下述重量份稱取原料caco386.3份、baco37.5份、sio217.2份、al(oh)317.9份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.6份，各原料粒度均在80μm以下，然後將配好的原料經溼法混合後，105℃烘乾，加入質量分數為7%的水，混合均勻後，在鋼模中16mpa下壓製成φ35mm×5mm的生料片，然後於105℃烘4h，備用；
2）煅燒：將步驟1）處理後原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然後保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1380℃，並保溫煅燒1h；
3）冷卻：煅燒結束後，空氣急冷，得到含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。
實施例3含矽酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s38%，c2f20%，c3ba3$27%。其中，氧化物簡寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖3xrd圖譜，圖中明顯可見c3s的衍射峰(d＝1.76)和c3ba3$(d＝3.77)。
其化學組成及百分含量為：cao50.5%，sio217.2%，al2o311.7%，fe2o311.7%，bao5.8%，so33.1%。
對比例1
製備方法同實施例1，不同之處在於步驟1）配料組成：按下述重量份稱取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份。
對比例1所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c2f，c4a3$(d＝3.75)和游離鈣，沒有發現c3s特徵衍射峰（d＝1.76）；所得熟料樣品礦物組成詳見附圖4xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。
對比例2
製備方法同實施例2，不同之處在於步驟1配料組成：caco398.0份、sio220.3份、al(oh)322.5份、fe2o34.9份和caso4·2h2o6.5份。
對比例2所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c4af，c4a3$(d＝3.75)和游離鈣，沒有發現c3s特徵衍射峰（d＝1.76）；
礦物組成詳見附圖5xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c4af；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。
對比例3
製備方法同實施例1，不同之處在於步驟1）：按下述重量份稱取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份，然後將配好的原料經溼法混合後，烘乾壓片，備用；
將步驟1）處理後原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然後保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1380℃，並保溫煅燒1h。
對比例3所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c2f，c4a3$和游離鈣，沒有發現c3s特徵衍射峰；所得熟料樣品礦物組成詳見附圖6xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。