一种低能耗水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低能耗水泥熟料及其制备方法。

背景技术

我国是水泥生产和使用大国，2019年我国水泥产量达23亿吨，占世界水泥产量的60%以上。水泥熟料的生产是一种高耗能、高污染产业，需要消耗大量的石灰石、铁矿石、黏土、煤炭等天然的资源和能源。其中的石灰石等资源面临枯竭的风险，有资料表明，我国目前已探明的高品位石灰石储量仅能满足水泥工业30多年生产所需。当前水泥产量不断攀升也间接表明了各种原料的消耗和资源的紧张。与此同时，我国每年有大量的尾矿及冶炼渣等工业固废排放，大量固体废物排放占用宝贵的土地资源，并造成严重的环境污染，生态环境恶化。同时工业固废也是潜在的二次资源，如何有效地利用固废也是亟需解决的问题。用碱渣制备水泥的研究已见报道，其熟料烧成温度可降低至1100℃作用，大大节约能耗，但该水泥中氯离子的释放和扩散能力，以及对钢筋混凝土的锈蚀问题有待于进一步解决。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种低能耗水泥熟料，通过有效的技术手段，将钛矿渣、石英砂选矿污泥、水厂污泥分别代替传统水泥生产中的碳酸钙原料、黏土质原料和铁质校正组分，发挥各废弃材料的理化综合效应，降低熟料的烧成温度，研制一种符合现行国家标准，具有广阔市场前景的低能耗水泥熟料，该方法技术合理、质量可控，有利于节约能源和环境保护。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石80-90份、石英砂选矿污泥6-12份、水厂污泥1-3份、含钛高炉渣1-5份、碳酸钙分解促进剂0.01-0.1份、晶格调控剂0.01-0.05份，所述重量份数为干基重量份数。

所述石英砂选矿污泥是采用湿法工艺生产浮法玻璃用硅砂过程中产生的副产品；

所述水厂污泥是在水处理的混凝沉淀过程中产生的副产品；

所述含钛高炉渣是使用高钛含量的铁精矿炼铁后形成的高炉渣，钛（以TiO2计）含量为17%-28%；

所述碳酸钙分解促进剂为苯甲酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸镁中的一种；

所述晶格调控剂为偏钒酸钠、偏钒酸钾、偏钒酸铵中的一种。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1100℃，二次风温在1100-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

本发明水厂污泥中含有大量的泥沙，有较高的二氧化硅和三氧化二铝含量，此外，混凝剂中含有一定量的铝和铁，都是水泥熟料烧成中不可或缺的组份，且水厂污泥中含有Zn

本发明的有益效果：

1、本发明将水厂污泥用作原料应用于水泥熟料的制备中，可以为水泥熟料提供一定量的铁铝等元素，且其它杂质离子能够降低熟料烧成温度，改善水泥熟料性能，不仅可以使固体废渣得到有效的利用，降低水泥熟料的成本，还可以使污泥中的金属元素得到固化，实现了资源化利用废渣制备有经济价值和社会价值的附加产品的效果。

2、通过合理配料及外加剂的添加，各种物料协同作用，实现石灰石尾矿、石英砂选矿污泥、水厂污泥、含钛高炉渣的资源化利用，沿用传统水泥生产工艺及设备，巧妙消纳工业、工程废弃物，具有良好的经济效益和环保效益。

具体实施方式

下面将结合本发明实施实例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

表1实施例用原料的化学成分

实施例1

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石80份、石英砂选矿污泥12份、水厂污泥1份、含钛高炉渣5份、碳酸钙分解促进剂0.01份、晶格调控剂0.05份，所述重量份数为干基重量份数。

所述碳酸钙分解促进剂为苯甲酸锂。

所述晶格调控剂为偏钒酸钠。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1050℃，二次风温在1100-1150℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

实施例2

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石90份、石英砂选矿污泥6份、水厂污泥3份、含钛高炉渣1份、碳酸钙分解促进剂0.1份、晶格调控剂0.01份，所述重量份数为干基重量份数。

所述碳酸钙分解促进剂为高氯酸锂。

所述晶格调控剂为偏钒酸钾。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1050-1100℃，二次风温在1150-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

实施例3

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石85份、石英砂选矿污泥8份、水厂污泥2份、含钛高炉渣3份、碳酸钙分解促进剂0.05份、晶格调控剂0.04份，所述重量份数为干基重量份数。

所述碳酸钙分解促进剂为三氟甲基磺酸镁。

所述晶格调控剂为偏钒酸铵。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1100℃，二次风温在1100-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

实施例4

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石86份、石英砂选矿污泥10份、水厂污泥1.8份、含钛高炉渣2份、碳酸钙分解促进剂0.04份、晶格调控剂0.02份，所述重量份数为干基重量份数。

所述碳酸钙分解促进剂为高氯酸锂。

所述晶格调控剂为偏钒酸钠。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1100℃，二次风温在1100-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

实施例5

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石82份、石英砂选矿污泥11份、水厂污泥1.5份、含钛高炉渣2份、碳酸钙分解促进剂0.08份、晶格调控剂0.02份，所述重量份数为干基重量份数。

对比例1

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石85份、石英砂选矿污泥8份、水厂污泥2份、含钛高炉渣3份、晶格调控剂0.04份，所述重量份数为干基重量份数。

所述晶格调控剂为偏钒酸铵。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1100℃，二次风温在1100-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

对比例2

一种低能耗水泥熟料由以下重量份数的原料制备而成：低品位石灰石86份、石英砂选矿污泥10份、水厂污泥1.8份、含钛高炉渣2份、碳酸钙分解促进剂0.04份，所述重量份数为干基重量份数。

所述碳酸钙分解促进剂为高氯酸锂。

所述低能耗水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1）原材料预处理与均化：将水厂污泥进行压滤脱水，使含水率降至50%～70％，之后和低品位石灰石、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣分别进行均化处理；

2）生料制备、均化：按照比例将低品位石灰石、水厂污泥、石英砂选矿污泥、含钛高炉矿渣进行配料，并通过铰刀计量秤，添加碳酸钙分解促进剂和晶格调控剂，使用立磨粉磨得到生料粉，控制磨制后的生料细度80μm筛余量16±2％，200μm筛余量≤3％，将磨制后的生料粉通过八嘴分配器进入到均化库进行环吹和搅拌，进行均化、储存；

3）生料预热分解、熟料煅烧：将均化的生料粉末依次送入到预热器、分解炉中进行预热和分解处理，控制分解率高≥93％，将分解后的生料在回转窑中煅烧15min-20min，控制窑尾温度在1000-1100℃，二次风温在1100-1200℃，三次风温在900-950℃，出回转窑后经篦冷机经冷却得熟料。

性能测试

取实施例1-5及对比例1-2的配料烧制的熟料进行强度测试，按熟料：石膏=96%：4%的比例配合，用粉磨至比表340±10m

表2熟料性能测试结果