一种硅酸盐水泥的制备方法与流程

2021-01-31 00:01:51|

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本发明涉及煤气化渣利用技术领域，具体涉及一种硅酸盐水泥的制备方法。

背景技术：

随着我国工业经济的高速发展，基于我国“富煤贫油少气”的一次能源结构特征，以合成、制取各种化工产品和燃料油为主的煤化工产业得到迅猛发展。其中含有较多未燃尽的煤，直接堆存排放不仅占用大量土地、导致环境污染和地质灾害的风险，而且造成了煤炭资源的浪费。目前煤气化灰渣除填埋或者露天堆放外，还用作路基和矿山回填等简单应用，其次是用作水泥生料，其它如用作陶瓷原料的应用掺量少，处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣，研究利用煤气化渣制备硅酸盐水泥工艺，对环境保护和煤化工业的可持续发展有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣的问题，提供一种硅酸盐水泥的制备方法，该方法以煤气化渣为原料制备硅酸盐水泥，不仅能够有效地消纳煤气化渣，减少环境污染，而且能将煤气化渣低成本地转化为有用的水泥材料，兼具良好的经济与社会效益。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种硅酸盐水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50-80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量不小于25重量％，所述硅砂中sio2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中al2o3的含量不小于99重量％；

(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50-80目筛网进行筛分，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5-1.5:3-10:2-5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30-65重量％的sio2、15-30重量％的al2o3、10-20重量％的fe2o3、6-12重量％的cao、4-8重量％的mgo；

(3)将混合粉体在1000-1100℃下煅烧3-5小时，然后在1200-1300℃下煅烧0.5-1小时，冷却后得到煅烧混合料；

(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积大于400m²/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1-3:2-4:1。

优选地，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60-70℃下进行干燥。

优选地，在1000℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量为25-35重量％，所述硅砂中sio2的含量为60-80重量％，所述铝土矿中al2o3的含量为99-99.5重量％。

优选地，在步骤(2)中，筛分的筛余量不大于8％。

优选地，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为1-4:1。

优选地，在步骤(3)中，将混合粉体在1020-1050℃下煅烧3.5-4小时。

优选地，在步骤(3)中，所述冷却的方式为在空气中自然冷却。

优选地，在步骤(4)中，所述石膏为二水石膏。

优选地，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-650m²/kg。

本发明另一方面提供了一种前文所述的方法制备的硅酸盐水泥。

本发明所述的方法以煤气化渣为原料制备硅酸盐水泥，不仅能够有效地消纳煤气化渣，减少环境污染，而且能将煤气化渣低成本地转化为有用的水泥材料，兼具良好的经济与社会效益。同时，本发明制备的硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度，力学性能较好。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明所述的硅酸盐水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：

(3)将混合粉体在1000-1100℃下煅烧3-5小时，然后在1200-1300℃下煅烧0.5-1小时，冷却后得到煅烧混合料；

在具体实施方式中，在步骤(1)中，可以将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃下进行干燥。

在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60-70℃下进行干燥。

在另一种优选实施方式中，在步骤(1)中，在1000℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量为25-35重量％，所述硅砂中sio2的含量为60-80重量％，所述铝土矿中al2o3的含量为99-99.5重量％。

在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，可以将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣粉磨后过50目、55目、60目、65目、70目、75目或80目筛网进行筛分。

在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，筛分的筛余量不大于8％；优选地，筛分的筛余量不大于7％；更为优选地，筛分的筛余量不大于5％。

在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为1-4:1；具体地，例如可以为1:1、2:1、3:1、4:1以及这些点值中任意两个所构成范围中的任意值；优选地，在步骤(2)中，所述硅砂与铝土矿的重量比为2-3:1。

在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，可以将混合粉体在1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃或1000℃下煅烧3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时。

优选情况下，在步骤(3)中，将混合粉体在1020-1050℃下煅烧3.5-4小时。

在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述冷却的方式可以为本领域的常规选择。优选情况下，所述冷却的方式为在空气中自然冷却。

在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述石膏可以为本领域的常规选择，例如可以为无水石膏、半水石膏或二水石膏。优选情况下，所述石膏为二水石膏。

在本发明所述的方法中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏粉磨至比表面积大于400m²/kg；优选地，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏粉磨至比表面积大于420m²/kg；更为优选地，在步骤(4)中，将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-650m²/kg。

本发明另一方面提供了一种前文所述的方法制备的硅酸盐水泥。该硅酸盐水泥具有较高的抗压强度和抗折强度，力学性能较好。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

本发明实施例和对比例用于说明硅酸盐水泥的制备过程。

实施例1

具体制备过程包括以下步骤：

(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在60℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量不小于25重量％，所述硅砂中sio2的含量不小于60重量％，所述铝土矿中al2o3的含量不小于99重量％；

(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过65目筛网进行筛分，筛余量不大于8％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1:6.5:3:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有48重量％的sio2、25重量％的al2o3、10重量％的fe2o3、12重量％的cao、5重量％的mgo；

(3)将混合粉体在1050℃下煅烧3小时，然后在1300℃下煅烧1小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；

(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为420-500m²/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为2:4:1。

实施例2

(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在50℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量不小于28重量％，所述硅砂中sio2的含量不小于65重量％，所述铝土矿中al2o3的含量不小于99.3重量％；

(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过80目筛网进行筛分，筛余量不大于5％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为0.5:10:5:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有60重量％的sio2、15重量％的al2o3、12重量％的fe2o3、6重量％的cao、7重量％的mgo；

(3)将混合粉体在1000℃下煅烧4小时，然后在1250℃下煅烧0.5小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；

(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为450-550m²/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为3:2:1。

实施例3

(1)将芒硝矿、硅砂、铝土矿在80℃下进行干燥，其中，在1000-1300℃下煅烧后，所述芒硝矿中na2so4的含量不小于26重量％，所述硅砂中sio2的含量不小于63重量％，所述铝土矿中al2o3的含量不小于99.5重量％；

(2)将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣进行混合，粉磨后过50目筛网进行筛分，筛余量不大于5％，其中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1.5:3:2:10，得到混合粉体，其中，所述煤气化渣含有30重量％的sio2、30重量％的al2o3、20重量％的fe2o3、12重量％的cao、8重量％的mgo；

(3)将混合粉体在1100℃下煅烧5小时，然后在1200℃下煅烧1小时，在空气中自热冷却后得到煅烧混合料；

(4)将煅烧混合料与硅酸盐水泥熟料和石膏进行混合，粉磨至比表面积为500-600m²/kg，得到硅酸盐水泥，其中，煅烧混合料、硅酸盐水泥熟料和石膏之间的重量比为1:3:1。

实施例4

按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，将芒硝矿、硅砂、铝土矿在70℃下进行干燥。

实施例5

按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，将干燥后的芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣粉磨后过75目筛网进行筛分。

实施例6

按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(2)中，芒硝矿、硅砂、铝土矿和煤气化渣的重量比为1.2:5:4:10。

实施例7

按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在1020℃下煅烧3.5小时，然后在1300℃下煅烧1小时。

实施例8

按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，将混合粉体在1050℃下煅烧3小时，然后在1280℃下煅烧1小时。