一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法
一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法
【专利摘要】本发明公开一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法。（1）赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分比为：C3.75B0.25A35%~8%、C2S15%~19%、C3S40%~60%、C4AF10%~20%和C3A4%~8%；（2）根据阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，各原料的质量百分比为：赤泥6%~10%、钡泥0.3%~0.5%、石灰石65%~75%、铝矾土0.3%~1%、粘土15%~25%、石膏3%~5%和萤石0.4%~1.5%，其中萤石作为矿化剂；（3）原料破碎均化，烘干，粉磨，混均；煅烧，冷却；（4）加总质量5~12%的石膏或二水石膏粉粉磨至比表面积为350~450m2/kg。本发明烧成温度低，早期强度高，后期强度稳定，成本低廉，为赤泥的综合利用提供一种有效利用途径。
【专利说明】-种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于绿色建材的技术研究领域，涉及以氧化铝工业产生的废弃物赤泥为原 料制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥。
【背景技术】
[0002] 赤泥是生产氧化铝过程中排出的强碱性工业废弃物，（PH 10?12. 5)，含水率较 高，我国生产氧化铝产生的赤泥主要分为三种：拜耳法、联合法和烧结法赤泥等，联合法和 烧结法主要成份大致相同，其中不仅有生产水泥所需的^厶仏、/--, 讲P &母氧化物成 分，而含有一定量的· &母等活性矿物组分，拜耳法赤泥中不存在等活 性矿物组分，赤泥碱性高等特点，造成了堆存的土壤碱性化，污染水源，治理费用大等弊 端，赤泥对人类生存环境造成破坏和造成经济资源严重的浪费，使赤泥综合利用成为世界 性的难题，综合我国每年的赤泥的排放量高达600万t，随着氧化铝行业的发展和铝土矿品 位的降低，赤泥的排放量呈现上升的趋势，因此，赤泥的综合利用是摆在氧化铝行业亟需解 决的重大课题之一，赤泥中碱含量太高，不能直接作为生产硅酸盐水泥的原料，将硫铝酸 钡钙（CBA及）矿物相引入到硅酸盐水泥体系中，提高硅酸盐水泥的抗碱性侵蚀性，形成 阿利特-硫铝酸钡钙水泥体系，阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料主要存在五种矿物：C (4_x) BxA3 ^、C3S、C2S、C3A和C4AF,其中硅酸三钙（C 3S)的含量比重大，其烧成温度在1450°C左 右，而其它矿物相生成温度均在1300°C左右，所以需要引入矿化剂使水泥体系各矿物相良 好形成及共存，赤泥中Fe2O3可作为良好的矿化剂，改善生料的易烧性，降低烧成温度，且赤 泥中微量元素 MgO碱（Na20和K20)，Ti0i2均能促进硅酸三钙（C3S)与其它矿物相良好形 成及共存，熟料主要矿物相形成良好见【专利附图】
【附图说明】，所以，利用赤泥作为原料生产阿利特-硫 铝酸钡钙水泥，为赤泥的综合利用提供一种有效利用途径。
[0003] 目前为止，还没有直接利用赤泥作为原料生产阿利特-硫铝酸钡水泥的专利报 道，程新申请的专利（公开的专利号：CN1513786)中介绍了一种制备硫铝酸钡钙矿物与阿 利特矿物复合的阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法，其中矿物组成设计为C(4_X)BXA 3 & :3? 38%，C3S :30?60%，C2S : 15?40%，C3A :3?20%，C4AF :3?20%，这种水泥在硅酸盐水泥引 入硫铝酸钡钙矿物，比例为3?38%，主要原料为重晶石等，比传统的硅酸盐水泥造价成本 高，适用于特殊工程，如：抢修抢建工程、预制构件、GRC制品、低温施工工程、抗海水腐蚀工 程等，不适用于工业化生产。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种将赤泥作为原料制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法， 以针对铝行业的工业废渣赤泥利用开辟途径和进一步降低生产阿利特-硫铝酸钡钙水泥 的生产成本，实现成本低廉的绿色生态低能耗的水泥工业化生产。
[0005] 具体步骤为： (I)水泥熟料主要由C3.75Βα25A3 & ~C2S~C3S ~C4AF~C3A五元的矿物相体系组成，其中硫 铝酸钡钙的分子式为：（3-X) CaO · XBaO · 3 Al2O3 · CaSO4 (X=O. 25~3)，由于赤泥中的化学成 分复杂，固溶进矿物相的杂质元素比重大，过多的Ba元素的掺入，达到矿物相固溶的极 限，使各矿物相活性降低，影响阿利特-硫铝酸钡钙水泥体系物理化学反应过程，从经济 角度考虑，随Ba元素掺入量增加，生产该种水泥的造价成本增高，优选硫铝酸钡钙矿物 分子式为C3.75Ba25A 3g。本发明用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分 比为：C3.75B0.25A 3 沒 5%~8%、C2S 15%~19%、C3S 40%~60%、C4AF 10%~20% 和 C3A 4%~8%。
[0006] (2)根据步骤（1)的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的 数学计算软件mathematica5.0,求解非齐次线性方程组，完成赤泥、钡泥、石灰石、错 矾土、粘土、石膏、和萤石掺入量的计算过程，各原料的质量百分比为：赤泥6[10%、钡泥 0· 3%~0· 5%、石灰石 65%~75%、铝矾土 0· 3%~1%、粘土 15%~25%、石膏 3%~5% 和萤石 0· 4%~1· 5%， 原料的质量百分比之和为100%，其中萤石作为矿化剂。
[0007] (3)将步骤（2)计算得出的各原料破碎均化，烘干至含水率小于1%，球磨机粉磨过 200目筛筛余小于5%，混均；然后制成060mm xlOmm的圆饼，在煅烧温度为1270°C~1380°C 下条件烧结1~2小时，冷却方式采用急冷方式。
[0008] (4)将步骤（3)中所得料破碎，粒径控制在加所得料总质量5~12%的石 膏或二水石膏粉粉磨至过200目筛筛余5%至比表面积为350~450m 2/kg，即制成阿利特-硫 铝酸钡钙水泥。
[0009] (5)按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行制样，分别将水泥成型 养护至ld、3d、及28d不同龄期，利用抗折抗压测试机测水泥的强度。
[0010] 市场分析：本发明的水泥是一种早期强度更高，后期强度增进率稳定的成本更低 廉的水泥品种，与普通的硫铝酸盐相比，这种水泥不仅早期强度高，且因生料中所含氧化 铝比重少，完全可以利用含铝废渣（废渣赤泥）或者高铝粘土代替，避免因我国铝矾土资 源紧缺而造成生产成本高的缺点。
[0011] 本发明与传统的硅酸盐水泥相比，其主要的优缺点分为三点：（1)因硫铝酸钡钙 (Q75Ba25A 3及）的引入，增加了生产硅酸盐水泥的成本；（2)钡泥中的Ba元素和赤泥中的 Fe2O3，可作为水泥的良好矿化剂，改善生料的易烧性，降低烧成温度，温度控制在1300°C左 右，改善水泥行业高污染高能耗的弊端，节省了生产了水泥的成本。（3)利用废渣赤泥作为 生产水泥的铁质原料和部份的铝质原料，进一步节省了生产水泥的成本。解决因硫铝酸钡 钙（C 3.75Βα25Α3&)引入而导致的生产成本升高的缺点，应控制硫铝酸钡钙掺入量，因此，设 计硫铝酸钡钙优选分子式为C3.75Ba25A 在水泥中矿物相组成比率控制为5%?8%，钡泥 在原料中所占的比例为〇. 3%?0. 5%左右，从而使这种水泥具有市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例赤泥的XRD分析图。
[0013] 图2本发明实施例3水泥熟料的XRD分析图。
【具体实施方式】
[0014] 实施例： 取自广西平果铝业公司的赤泥以及广西象州联壮化工的钡泥与柳州鱼峰水泥有限公 司提供的石灰石、铝矾土、粘土、石膏进行水泥生产实验.各原料的化学成分如下表1所示。
[0015] 表1 :原料的化学成分/%
【权利要求】
1. 一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法，其特征在于具体步骤为： (1) 赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分比为：Q75Ba25A3 & 5%~8%、C2S 15°/〇~19%、C3S 40°/〇~60%、C4AF 10%~20% 和 C3A 4%~8%; (2) 根据步骤（1)的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的数学计算 软件mathematica5. 0，求解非齐次线性方程组，完成赤泥、钡泥、石灰石、错研^土、粘土、石 骨、和萤石掺入量的计算过程，各原料的质量百分比为：赤泥6%~10%、钡泥0. 3%~0. 5%、石灰 石65%~75%、铝矾土 0. 3%~1%、粘土 15%~25%、石膏3%~5%和萤石0. 4%~1. 5%，原料的质量百分 比之和为100%，其中萤石作为矿化剂； (3) 将步骤（2)各原料破碎均化，烘干至含水率小于1%，球磨机粉磨过200目筛筛余小 于5%，混均；然后制成060mm xlOmm的圆饼，在煅烧温度为1270°C~1380°C下条件烧结1~2 小时，冷却方式米用急冷方式； (4) 将步骤（3)中所得料破碎，粒径控制在加总质量5~12%的石膏或二水石 膏粉粉磨至过200目筛筛余5%至比表面积为350~450m2/kg，即制成阿利特-硫铝酸钡钙水 泥。
【文档编号】C04B7/14GK104496232SQ201410831172
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】陈平, 赵艳荣, 侯国龙, 杨珊珊, 刘荣进, 韦家崭, 周睿哲 申请人:桂林理工大学
【专利摘要】本发明公开一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法。（1）赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分比为：C3.75B0.25A35%~8%、C2S15%~19%、C3S40%~60%、C4AF10%~20%和C3A4%~8%；（2）根据阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，各原料的质量百分比为：赤泥6%~10%、钡泥0.3%~0.5%、石灰石65%~75%、铝矾土0.3%~1%、粘土15%~25%、石膏3%~5%和萤石0.4%~1.5%，其中萤石作为矿化剂；（3）原料破碎均化，烘干，粉磨，混均；煅烧，冷却；（4）加总质量5~12%的石膏或二水石膏粉粉磨至比表面积为350~450m2/kg。本发明烧成温度低，早期强度高，后期强度稳定，成本低廉，为赤泥的综合利用提供一种有效利用途径。
【专利说明】-种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于绿色建材的技术研究领域，涉及以氧化铝工业产生的废弃物赤泥为原 料制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥。
【背景技术】
[0002] 赤泥是生产氧化铝过程中排出的强碱性工业废弃物，（PH 10?12. 5)，含水率较 高，我国生产氧化铝产生的赤泥主要分为三种：拜耳法、联合法和烧结法赤泥等，联合法和 烧结法主要成份大致相同，其中不仅有生产水泥所需的^厶仏、/--, 讲P &母氧化物成 分，而含有一定量的· &母等活性矿物组分，拜耳法赤泥中不存在等活 性矿物组分，赤泥碱性高等特点，造成了堆存的土壤碱性化，污染水源，治理费用大等弊 端，赤泥对人类生存环境造成破坏和造成经济资源严重的浪费，使赤泥综合利用成为世界 性的难题，综合我国每年的赤泥的排放量高达600万t，随着氧化铝行业的发展和铝土矿品 位的降低，赤泥的排放量呈现上升的趋势，因此，赤泥的综合利用是摆在氧化铝行业亟需解 决的重大课题之一，赤泥中碱含量太高，不能直接作为生产硅酸盐水泥的原料，将硫铝酸 钡钙（CBA及）矿物相引入到硅酸盐水泥体系中，提高硅酸盐水泥的抗碱性侵蚀性，形成 阿利特-硫铝酸钡钙水泥体系，阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料主要存在五种矿物：C (4_x) BxA3 ^、C3S、C2S、C3A和C4AF,其中硅酸三钙（C 3S)的含量比重大，其烧成温度在1450°C左 右，而其它矿物相生成温度均在1300°C左右，所以需要引入矿化剂使水泥体系各矿物相良 好形成及共存，赤泥中Fe2O3可作为良好的矿化剂，改善生料的易烧性，降低烧成温度，且赤 泥中微量元素 MgO碱（Na20和K20)，Ti0i2均能促进硅酸三钙（C3S)与其它矿物相良好形 成及共存，熟料主要矿物相形成良好见【专利附图】
【附图说明】，所以，利用赤泥作为原料生产阿利特-硫 铝酸钡钙水泥，为赤泥的综合利用提供一种有效利用途径。
[0003] 目前为止，还没有直接利用赤泥作为原料生产阿利特-硫铝酸钡水泥的专利报 道，程新申请的专利（公开的专利号：CN1513786)中介绍了一种制备硫铝酸钡钙矿物与阿 利特矿物复合的阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法，其中矿物组成设计为C(4_X)BXA 3 & :3? 38%，C3S :30?60%，C2S : 15?40%，C3A :3?20%，C4AF :3?20%，这种水泥在硅酸盐水泥引 入硫铝酸钡钙矿物，比例为3?38%，主要原料为重晶石等，比传统的硅酸盐水泥造价成本 高，适用于特殊工程，如：抢修抢建工程、预制构件、GRC制品、低温施工工程、抗海水腐蚀工 程等，不适用于工业化生产。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种将赤泥作为原料制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法， 以针对铝行业的工业废渣赤泥利用开辟途径和进一步降低生产阿利特-硫铝酸钡钙水泥 的生产成本，实现成本低廉的绿色生态低能耗的水泥工业化生产。
[0005] 具体步骤为： (I)水泥熟料主要由C3.75Βα25A3 & ~C2S~C3S ~C4AF~C3A五元的矿物相体系组成，其中硫 铝酸钡钙的分子式为：（3-X) CaO · XBaO · 3 Al2O3 · CaSO4 (X=O. 25~3)，由于赤泥中的化学成 分复杂，固溶进矿物相的杂质元素比重大，过多的Ba元素的掺入，达到矿物相固溶的极 限，使各矿物相活性降低，影响阿利特-硫铝酸钡钙水泥体系物理化学反应过程，从经济 角度考虑，随Ba元素掺入量增加，生产该种水泥的造价成本增高，优选硫铝酸钡钙矿物 分子式为C3.75Ba25A 3g。本发明用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分 比为：C3.75B0.25A 3 沒 5%~8%、C2S 15%~19%、C3S 40%~60%、C4AF 10%~20% 和 C3A 4%~8%。
[0006] (2)根据步骤（1)的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的 数学计算软件mathematica5.0,求解非齐次线性方程组，完成赤泥、钡泥、石灰石、错 矾土、粘土、石膏、和萤石掺入量的计算过程，各原料的质量百分比为：赤泥6[10%、钡泥 0· 3%~0· 5%、石灰石 65%~75%、铝矾土 0· 3%~1%、粘土 15%~25%、石膏 3%~5% 和萤石 0· 4%~1· 5%， 原料的质量百分比之和为100%，其中萤石作为矿化剂。
[0007] (3)将步骤（2)计算得出的各原料破碎均化，烘干至含水率小于1%，球磨机粉磨过 200目筛筛余小于5%，混均；然后制成060mm xlOmm的圆饼，在煅烧温度为1270°C~1380°C 下条件烧结1~2小时，冷却方式采用急冷方式。
[0008] (4)将步骤（3)中所得料破碎，粒径控制在加所得料总质量5~12%的石 膏或二水石膏粉粉磨至过200目筛筛余5%至比表面积为350~450m 2/kg，即制成阿利特-硫 铝酸钡钙水泥。
[0009] (5)按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行制样，分别将水泥成型 养护至ld、3d、及28d不同龄期，利用抗折抗压测试机测水泥的强度。
[0010] 市场分析：本发明的水泥是一种早期强度更高，后期强度增进率稳定的成本更低 廉的水泥品种，与普通的硫铝酸盐相比，这种水泥不仅早期强度高，且因生料中所含氧化 铝比重少，完全可以利用含铝废渣（废渣赤泥）或者高铝粘土代替，避免因我国铝矾土资 源紧缺而造成生产成本高的缺点。
[0011] 本发明与传统的硅酸盐水泥相比，其主要的优缺点分为三点：（1)因硫铝酸钡钙 (Q75Ba25A 3及）的引入，增加了生产硅酸盐水泥的成本；（2)钡泥中的Ba元素和赤泥中的 Fe2O3，可作为水泥的良好矿化剂，改善生料的易烧性，降低烧成温度，温度控制在1300°C左 右，改善水泥行业高污染高能耗的弊端，节省了生产了水泥的成本。（3)利用废渣赤泥作为 生产水泥的铁质原料和部份的铝质原料，进一步节省了生产水泥的成本。解决因硫铝酸钡 钙（C 3.75Βα25Α3&)引入而导致的生产成本升高的缺点，应控制硫铝酸钡钙掺入量，因此，设 计硫铝酸钡钙优选分子式为C3.75Ba25A 在水泥中矿物相组成比率控制为5%?8%，钡泥 在原料中所占的比例为〇. 3%?0. 5%左右，从而使这种水泥具有市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例赤泥的XRD分析图。
[0013] 图2本发明实施例3水泥熟料的XRD分析图。
【具体实施方式】
[0014] 实施例： 取自广西平果铝业公司的赤泥以及广西象州联壮化工的钡泥与柳州鱼峰水泥有限公 司提供的石灰石、铝矾土、粘土、石膏进行水泥生产实验.各原料的化学成分如下表1所示。
[0015] 表1 :原料的化学成分/%
【权利要求】
1. 一种利用赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥的方法，其特征在于具体步骤为： (1) 赤泥制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成质量百分比为：Q75Ba25A3 & 5%~8%、C2S 15°/〇~19%、C3S 40°/〇~60%、C4AF 10%~20% 和 C3A 4%~8%; (2) 根据步骤（1)的阿利特-硫铝酸钡钙水泥矿物相组成，采用Excel自带的数学计算 软件mathematica5. 0，求解非齐次线性方程组，完成赤泥、钡泥、石灰石、错研^土、粘土、石 骨、和萤石掺入量的计算过程，各原料的质量百分比为：赤泥6%~10%、钡泥0. 3%~0. 5%、石灰 石65%~75%、铝矾土 0. 3%~1%、粘土 15%~25%、石膏3%~5%和萤石0. 4%~1. 5%，原料的质量百分 比之和为100%，其中萤石作为矿化剂； (3) 将步骤（2)各原料破碎均化，烘干至含水率小于1%，球磨机粉磨过200目筛筛余小 于5%，混均；然后制成060mm xlOmm的圆饼，在煅烧温度为1270°C~1380°C下条件烧结1~2 小时，冷却方式米用急冷方式； (4) 将步骤（3)中所得料破碎，粒径控制在加总质量5~12%的石膏或二水石 膏粉粉磨至过200目筛筛余5%至比表面积为350~450m2/kg，即制成阿利特-硫铝酸钡钙水 泥。
【文档编号】C04B7/14GK104496232SQ201410831172
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】陈平, 赵艳荣, 侯国龙, 杨珊珊, 刘荣进, 韦家崭, 周睿哲 申请人:桂林理工大学
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