一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法

1.本发明涉及水泥熟料加工技术领域，具体涉及一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法。


背景技术：

2.水泥熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品，我国是一个基建大国，建筑领域每年也会消耗大量的水泥熟料，并且水泥在建筑领域具有高强度和高硬度的优点，整体来说具有广阔的发展前景和市场价值。
3.传统的水泥熟料种类主要为硅酸盐水泥熟料，但是众所周知，硅酸盐水泥水化热一般较高，容易产生温度应力，导致水泥混凝土产生结构缺陷，影响水泥的耐久度和轻度，同时硅酸盐水泥整体生产过程中污染严重，造成较大的环境破坏和资源浪费。
4.随着市场经济和国民生产力的发展，现在普通居民建筑已经从原来的低层建筑逐渐发展呈高层建筑，同时商用建筑、地标建筑也逐渐向超高层建筑发展，并且高速公路、大跨度桥梁、大型水利工程、地下隧道、地铁等枢纽建筑等的需求逐渐增多，对于这些建筑中常用的水泥熟料，除了要保证一定指标的强度和耐久度外还需要就有一定的抗侵蚀性能，所以需要研究开发一种高强度耐侵蚀的水泥材料。


技术实现要素：

5.针对现有技术不足，本发明提供一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，在有效保证水泥强度的同时，进一步提升水泥的耐酸性，同时对矿渣材料进行再利用，减少资源浪费，提升整体水泥的品质。
6.为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
7.一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，所述生产水泥熟料的方法包括以下步骤：
8.(1)生料复配：将石灰石、矿渣、球黏土、方镁石、粉煤灰、煤研石、沸石分别破碎后混合进行研磨过筛，得混合生料备用；
9.(2)预热混合：将上述混合生料加入助剂继续混合搅拌均匀后，进行初步预热后冷却，得预处理料；
10.(3)初次烧制：将上述预处理料加入粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒混合搅拌均匀后高温烧制10-15min后，自然冷却后研磨粉碎，得初料备用；
11.(4)二次烧制：将上述初料加入粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒，混合均匀后高温烧制10-15min，自然冷却后研磨得二次料备用；
12.(5)三次烧制：将上述二次料与粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒混合均匀后高温烧制30-40min，后经过篦冷机迅速冷却后得冷却料，再加入碱激发剂进行研磨，得水泥熟料。
13.优选的，所述步骤(1)中的生料复配的质量分数为：石灰石60-80份、矿渣30-45份、球黏土2-3份、方镁石10-12份、粉煤灰12-15份、煤研石8-12份、沸石6-10份。
14.优选的，所述步骤(1)中研磨过10目筛。
15.优选的，所述步骤(2)中助剂为醋酸钠、氯化钙、三乙醇胺、丙二醇、水按照质量比6∶10∶4∶3∶57混合得到，且助剂的添加量为混合生料总质量的0.6％-0.8％。
16.优选的，所述步骤(2)中预热的温度为600-800℃，预热的时间为10-15min。
17.所述步骤(3)中预处理料与粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒的质量比为100∶3-4，且初料的粒径小于0.5mm。
18.优选的，所述步骤(4)中初料与粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒混合的质量比为100∶1-2，且二次料的粒径小于0.5mm。
19.优选的，所述步骤(5)中二次料与粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒混合的质量比为100∶1-2，且所得水泥熟料过60目筛。
20.优选的，所述步骤(3)、(4)中温烧制的温度为1200-1300℃，所述步骤(5)中高温烧制的温度为1400-1450℃。
21.优选的，所述步骤(5)中碱激发剂为冷却料总质量的0.6-0.8％，且碱激发剂为水玻璃。
22.本发明提供一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，与现有技术相比优点在于：
23.(1)本发明采用石灰石、矿渣、球黏土、方镁石、粉煤灰、煤研石、沸石、铜渣颗粒为主要材料，其中方镁石在水泥熟料中水化后具有较好的膨化性，但是其整体膨化速度较慢，且膨化后整体孔隙较高，而铜渣颗粒则不易膨化，二者与其余材料复配，能够有效均衡水泥熟料制备混凝土的力学性能，填充空隙，保证水泥材料密度和强度，结合矿渣、粉煤灰、煤研石、沸石综合提升材料的耐久性，并且进一步提升其耐侵蚀性。
24.(2)本发明制备过程中先将石灰石、矿渣、球黏土、方镁石、粉煤灰、煤研石、沸石破碎过10目筛，以较大粒径的原料进行混合并添加助剂预热，可使得材料初步膨胀并吸附助剂，提升助剂的均匀性；后期依次采用不同粒径的铜渣颗粒混合进行烧制后研磨，在充分均化原料的同时，使得材料能够互相协同，空隙间互相配合，提升整体材料的均匀度，进一步提升材料的强度和耐侵蚀性。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.以下实施例中使用的助剂为醋酸钠、氯化钙、三乙醇胺、丙二醇、水按照质量比6∶10∶4∶3∶57混合得到。
27.矿渣为同一批高炉矿渣，且矿渣由下表1物质组成：
28.表1
[0029][0030]
铜渣由下表2物质组成：
[0031]
表2
[0032][0033][0034]
实施例1：
[0035]
矿渣废料生产的水泥熟料：
[0036]
(1)将70kg石灰石、40kg矿渣、2.5kg球黏土、11kg方镁石、13kg粉煤灰、10kg煤研石、8kg沸石分别破碎后混合进行研磨过10目筛，得混合生料备用；
[0037]
(2)将上述混合生料加入混合生料总质量0.7％的助剂继续混合搅拌均匀后，置于预分解窑中升温至700℃，预热分解12min，得预处理料；
[0038]
(3)将上述预处理料和粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒按照质量比100∶3进行混合搅拌后，在1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得初料；
[0039]
(4)将上述初料和粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒按照质量比100∶1混合均匀后升温至1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得二次料备用；
[0040]
(5)将上述二次料和粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒按照质量比100∶1混合均匀后，在1450℃高温下烧制40min，后经过篦冷机迅速冷却，得冷却料，加入冷却料总质量的0.7％的水玻璃，混合研磨过60目筛，得水泥熟料。
[0041]
对比例1：
[0042]
矿渣废料生产的水泥熟料：
[0043]
(1)将70kg石灰石、40kg矿渣、2.5kg球黏土、11kg方镁石、13kg粉煤灰、10kg煤研石、8kg沸石分别破碎后混合进行研磨过10目筛，得混合生料备用；
[0044]
(2)将上述混合生料加入混合生料总质量0.7％的助剂继续混合搅拌均匀后，置于预分解窑中升温至700℃，预热分解12min，得预处理料；
[0045]
(3)将上述预处理料和粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒按照质量比100∶
□
5进行混合搅拌后，在1450℃温度下烧制40min，后经过篦冷机迅速冷却，得冷却料，加入冷却料总质量的0.7％的水玻璃，混合研磨过60目筛，得水泥熟料。
[0046]
对比例2：
[0047]
矿渣废料生产的水泥熟料：
[0048]
(1)将81kg石灰石、40kg矿渣、2.5kg球黏土、13kg粉煤灰、10kg煤研石、8kg沸石分别破碎后混合进行研磨过10目筛，得混合生料备用；
[0049]
(2)将上述混合生料加入混合生料总质量0.7％的助剂继续混合搅拌均匀后，置于预分解窑中升温至700℃，预热分解12min，得预处理料；
[0050]
(3)将上述预处理料和粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒按照质量比100∶3进行混合搅拌后，在1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得初料；
[0051]
(4)将上述初料和粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒按照质量比100∶1混合均匀后升温至1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得二次料备用；
[0052]
(5)将上述二次料和粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒按照质量比100∶1混合均匀后，在1450℃高温下烧制40min，后经过篦冷机迅速冷却，得冷却料，加入冷却料总质量的0.7％的水玻璃，混合研磨过60目筛，得水泥熟料。
[0053]
对比例3：
[0054]
矿渣废料生产的水泥熟料：
[0055]
(1)将81kg石灰石、40kg矿渣、2.5kg球黏土、13kg粉煤灰、10kg煤研石、8kg沸石分别破碎后混合进行研磨过10目筛，得混合生料备用；
[0056]
(2)将上述混合生料加入混合生料总质量0.7％的助剂继续混合搅拌均匀后，置于预分解窑中升温至700℃，预热分解12min，得预处理料；
[0057]
(3)将上述预处理料和粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒按照质量比100∶5进行混合搅拌后，在1450℃温度下烧制40min，后经过篦冷机迅速冷却，得冷却料，加入冷却料总质量的0.7％的水玻璃，混合研磨过60目筛，得水泥熟料。
[0058]
对比例4：
[0059]
矿渣废料生产的水泥熟料：
[0060]
(1)将70kg石灰石、40kg矿渣、2.5kg球黏土、11kg方镁石、13kg粉煤灰、10kg煤研石、8kg沸石分别破碎后混合进行研磨过10目筛，得混合生料备用；
[0061]
(2)将上述混合生料加入混合生料总质量0.7％的助剂继续混合搅拌均匀后，置于预分解窑中升温至700℃，预热分解12min，得预处理料；
[0062]
(3)将上述预处理料和粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒按照质量比100∶
□
3进行混合搅拌后，在1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得初料；
[0063]
(4)将上述初料和粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒按照质量比100∶
□
1混合均匀后升温至1250℃温度下烧制15min，自然冷却后研磨粉碎至粒径小于0.5mm，得二次料备用；
[0064]
(5)将上述二次料和粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒按照质量比100∶
□
1混合均匀后，在1450℃高温下烧制40min，后经过篦冷机迅速冷却，研磨过60目筛，得水泥熟料。
[0065]
检测：
[0066]
对上述实施例1和对比例1-3所制得的水泥熟料分别制备成混凝土，且各组混凝土的配比如下表3所示：
[0067]
表3
[0068][0069]
其中减水剂为聚羧酸高效减水剂，水为普通自来水；石子采用粒径为5-10mm的锤破石(压碎指标为12％)，砂为河砂(细度模数为3.0)。
[0070]
将上述各组混凝土浇铸成100mm
×
100mm
×
100mm的立方体混凝土试件，试件成型后1d拆模，标准养护28d；
[0071]
1、检测各组试件在养护3d、28d的力学性能，具体结果如下表4所示：
[0072]
表4
[0073]
[0074]
由上表2可知，采用实施例1的制备工艺和配方能够有效提升相应混凝土的力学性能。
[0075]
2、在养护28d后将各组混凝土分别采用水、3％硫酸镁溶液、3％硫酸钠溶液中继续养护，检测继续养护60d的力学性能，具体结果如下表5所示：
[0076]
表5
[0077][0078][0079]
由上表3可知，本技术实施例1获得的水泥熟料制备混凝土具有良好的耐侵蚀效果。
[0080]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0081]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于，所述生产水泥熟料的方法包括以下步骤：(1)生料复配：将石灰石、矿渣、球黏土、方镁石、粉煤灰、煤研石、沸石分别破碎后混合进行研磨过筛，得混合生料备用；(2)预热混合：将上述混合生料加入助剂继续混合搅拌均匀后，进行初步预热后冷却，得预处理料；(3)初次烧制：将上述预处理料加入粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒混合搅拌均匀后高温烧制10-15min后，自然冷却后研磨粉碎，得初料备用；(4)二次烧制：将上述初料加入粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒，混合均匀后高温烧制10-15min，自然冷却后研磨得二次料备用；(5)三次烧制：将上述二次料与粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒混合均匀后高温烧制30-40min，后经过篦冷机迅速冷却后得冷却料，再加入碱激发剂进行研磨，得水泥熟料。2.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的生料复配的质量分数为：石灰石60-80份、矿渣30-45份、球黏土2-3份、方镁石10-12份、粉煤灰12-15份、煤研石8-12份、沸石6-10份。3.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中研磨过10目筛。4.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中助剂为醋酸钠、氯化钙、三乙醇胺、丙二醇、水按照质量比6∶10∶4∶3∶57混合得到，且助剂的添加量为混合生料总质量的0.6％-0.8％。5.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中预热的温度为600-800℃，预热的时间为10-15min。6.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(3)中预处理料与粒径范围为2.36-4.75mm的铜渣颗粒的质量比为100∶3-4，且初料的粒径小于0.5mm。7.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中初料与粒径范围为0.3-0.6mm的铜渣颗粒混合的质量比为100∶1-2，且二次料的粒径小于0.5mm。8.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(5)中二次料与粒径范围为0.075-0.15mm的铜渣颗粒混合的质量比为100∶1-2，且所得水泥熟料过60目筛。9.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(3)、(4)中温烧制的温度为1200-1300℃，所述步骤(5)中高温烧制的温度为1400-1450℃。10.根据权利要求1所述的一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤(5)中碱激发剂为冷却料总质量的0.6-0.8％，且碱激发剂为水玻璃。

技术总结
本发明提供一种利用矿渣废料生产水泥熟料的方法，涉及水泥熟料加工技术领域。所述利用矿渣废料生产水泥熟料的方法主要包括将石灰石、矿渣、球黏土、方镁石、粉煤灰、煤研石、沸石等配置成生料后预热，后与不同粒径的铜渣颗粒分次烧制等步骤。本发明克服了现有技术的不足，在有效保证水泥强度的同时，进一步提升水泥的耐酸性，同时对矿渣材料进行再利用，减少资源浪费，提升整体水泥的品质。提升整体水泥的品质。


技术研发人员：许荣盛 汪浩然 张谨言 吴喻哲 喻道岸 韦璐
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/14