[发明专利]一种大掺量工业废渣硅酸盐水泥制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低污染低能耗硅酸盐水泥的制备方法，特别是一种大掺量工业废渣硅酸盐水泥的制备方法。

背景技术

我国钢铁、电力、化工等行业年平均排放的固态工业废弃物已达10多亿吨，具体有:粉煤灰2亿吨、矿渣近1亿吨、钢渣0.2亿吨、煤矸石2亿多吨、废弃混凝土及建筑垃圾10多亿吨、城市污泥0.5亿吨、工业尾矿2.6亿吨，目前我国固体废弃物综合利用率不到40％，已累积固体废弃物达70亿吨，占地约7万Km²，造成极大的环境污染与土地资源浪费。在上述工业废弃物中，除了矿渣得到很好利用外，总量多达数亿吨的粉煤灰、钢渣、煤矸石、废弃混凝土及建筑垃圾有效利用率很低。与此同时，由于水泥普遍的生产和使用导致资源和能源的消耗猛增，其粉尘与气体的排放对自然环境造成的污染也日益严重。

两型社会的建设迫切需要实现对这些工业废弃物进行深加工、充分发挥其潜在活性，使之成为水泥和水泥基材料中能够调节性能的辅助性胶凝材料，大掺量替代水泥，以减少水泥工业生产过程中的资源消耗与污染排放，为改善人类居住环境做出重要贡献。因此，将这些工业废渣作为水泥混合材，实现大掺量混合材水泥生产是解决上述问题的最有效途径。

为了充分发挥工业废渣作为水泥中辅助胶凝材料的胶凝性能及其协同效应，就要充分利用粉煤灰等工业废渣在水泥中的三大效应，即火山灰效应、形貌效应、填充效应。但目前现有研究利用三大效应提高水泥中工业废渣掺量普遍出现的难点问题是：当采用大掺量工业废渣时(工业废渣掺量达到20％以上)，水泥强度明显降低，且工业废渣掺量越大，水泥强度下降越多，无法制得高强度等级水泥。

专利号为CN02132606.1的专利采取的大掺量粉煤灰复合水泥生产方法需要将粉煤灰磨成超细粉，且水泥熟料掺量为45％-55％，不仅对水泥的需求较大，还提高了生产成本。专利号CN200610114203.9的专利提出一种可将粉煤灰掺量达到40％的高掺量水泥制备方法，但该专利生产工艺较为复杂，其原料中的石膏需要在700-900℃煅烧，同时还需将减水剂和激发剂加工成粉末状方可使用。专利申请号CN201410819526.2提出采用纳米材料制备大掺量粉煤灰水泥，但其专利中所采用的纳米材料SnO₂成本较高，且由于纳米材料过于细小容易产生颗粒团聚现象，常规手段难以与其他材料混合均匀，不利于大规模工业化生产。专利号CN201310477026.0提出采用纳米勃姆石制备大掺量粉煤灰水泥，但其生产方法中所采用的纳米材料需要采用超声分散，早期3天抗压强度也仅有15MPa左右，距我国普通硅酸盐PO42.5水泥3天抗压强度要求大于等于22MPa相差较远。这主要是因为工业废渣作为辅助性胶凝材料活性远低于水泥，二次水化火山灰效应仅发生工业废渣表面，反应程度较低，同时在大规模工业化生产条件下，水泥颗粒级配良好，颗粒间空间有限，仅能密实填充少量的磨细后的工业废渣，而粉煤灰等工业废渣磨细后往往孔隙增多，需水性增大，不再具有减水的形貌效应。

发明内容

本发明的目的是要提供一种大掺量工业废渣硅酸盐水泥制备方法，解决工业废渣的堆放和再利用问题，同时降低水泥产业对环境的污染和对能源的消耗，保证原水泥强度等级不降低的目的。

本发明的目的是这样实现的：制备方法是在普通硅酸盐水泥生产技术的基础上，将水泥熟料颗粒磨细后，将水泥熟料+5％二水石膏粉磨超细制得超细水泥，利用较细的水泥熟料颗粒密实填充在混合材颗粒间隙中，使胶凝体系整体在水化之前达到最紧密堆积状态，加速胶凝体系整体水化反应过程并提高水化产物的密实程度，提高胶凝材料整体强度，然后将化学活化的工业废渣作为混合材等量取代70％-80％的超细水泥，大掺量工业废渣作为水泥混合材使用，混合均匀后即得水泥，水泥其强度等级等同或高于原硅酸盐水泥强度等级；

制备过程包括：两磨一混，即磨制超细水泥、磨制活性工业废渣和混料工艺，具体方法过程如下：

(1)磨制超细水泥：利用球磨机将普通水泥熟料+5％二水石膏磨细制备而成，其要求是粒径分布区间X10≤0.8μm，X50≤2μm，X90≤6μm，X_av≤3μm；其中X₁₀为材料颗粒群的粒径分布为10％时的粒径，即小于此粒径的颗粒体积占总体积的10％，X₅₀和X₉₀与X₁₀同理；X_av为颗粒的平均粒径；