[發(fā)明專利]一種廉價單組分堿激發(fā)水泥的制備與使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310317411.9
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103332879A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭美勛;王正紅;葉真男;汪可;鄒高增;申少華;肖秋國;張欣
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: C04B7/42
• 分類號: C04B7/42;C04B7/32
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型水泥材料領(lǐng)域，具體涉及一種廉價單組分堿激發(fā)水泥的制備及其使用方法。?

背景技術(shù)

2011年我國水泥產(chǎn)量達(dá)20.63億噸，其中絕大部分是硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥煅燒溫度達(dá)1450℃，能耗物耗高、碳排放高、環(huán)境污染嚴(yán)重、耐酸耐蝕和耐久性差，且消耗大量的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r資源，應(yīng)逐漸限制與減少其使用。最近研究比較活躍的堿激發(fā)水泥是由強(qiáng)堿鹽的水溶液與活性固體氧化物粉末組成的雙組分水泥，其中尤以典型組元為Na₂O-Ca(Mg)O-Al₂O₃-SiO₂的堿礦渣水泥最具性價比。前蘇聯(lián)的應(yīng)用實(shí)踐和國內(nèi)的研究都證明，堿礦渣水泥具有高強(qiáng)、快硬、抗?jié)B、耐久、耐蝕、低碳排放和對集料要求低等明顯優(yōu)于硅酸鹽水泥的性能。而其化學(xué)組成比硅酸鹽水泥更接近地殼，所以其主要原料更加豐富廉價。但堿礦渣以煉鐵副產(chǎn)品為原料，成分和性能不穩(wěn)定，而以工業(yè)堿和水玻璃為激發(fā)劑更使其成本偏高而難以與硅酸鹽水泥競爭。?

參照堿礦渣水泥的化學(xué)組成用天然原料制備廉價的堿激發(fā)水泥，是堿激發(fā)水泥研究的重要方向。降低該種堿激發(fā)水泥的成本的途徑包括兩個方面，一方面是降低原料煅燒的溫度，另一方面是改用更廉價易得的原料作為激發(fā)劑。?

為了達(dá)到這一目的，專利201110405630.3與201110405626.7提出用加堿直接煅燒粘土的方法制備單組份地聚物水泥（堿激發(fā)水泥的無鈣品種）。這一方法較常見的雙組分堿激發(fā)水泥有幾個優(yōu)點(diǎn)：一是通過直接加堿煅燒制備可溶?性的堿鋁硅酸鹽，不再加入水玻璃；二是熟料的煅燒溫度低，最高煅燒溫度也僅1000℃，遠(yuǎn)低于硅酸鹽水泥及礦渣的煅燒溫度。此二者都有利于降低地聚物水泥的成本。另外，該方法的原料擴(kuò)展到普通的硅鋁質(zhì)粘土，使原料易得且易于破粉碎加工，進(jìn)一步降低成本。但該方法制備的單組份地聚物水泥的耐水性不太好，遇水時強(qiáng)度下降較嚴(yán)重，且單位熟料堿耗高，成本仍然偏高。?

為克服該種水泥的缺點(diǎn)，專利201210238413.4用加堿煅燒粘土與石灰石的辦法制備單組份堿激發(fā)水泥，該種方法與前述兩個專利相比，雖然煅燒溫度提高到1200℃，且亦用到有CO₂氣體排放的鈣質(zhì)原料，但單位熟料堿耗明顯減少，總體成本進(jìn)一步降低，且制備的水泥不僅強(qiáng)度高（凈漿抗壓強(qiáng)度達(dá)51MPa），耐水性也好。?

但上述專利均利用昂貴的工業(yè)堿（燒堿或純堿）提供Na₂O組份，這使新的單組份堿激發(fā)水泥的制備成本仍無法與硅酸鹽水泥競爭。只有以廉價原料提供Na₂O組份制備的堿激發(fā)水泥，才是新世紀(jì)水泥的希望所在。本發(fā)明產(chǎn)品即是在此背景下提出的。?

堿激發(fā)水泥的膠凝產(chǎn)物以CSH凝膠和沸石或類沸石相為主。其中CSH凝膠的物相大體與硅酸鹽水泥相同，而沸石或類沸石相需要與四次配位鋁等當(dāng)量的堿金屬元素參與。傳統(tǒng)的堿激發(fā)水泥中的堿金屬組份由作為激發(fā)劑的工業(yè)堿提供。若不以工業(yè)堿為原料，則需要由其它原料提供堿金屬組份。?

芒硝在高溫下與SiO₂及還原劑（一般為碳）作用可制備水玻璃：?

Na₂SO₄+C+nSiO₂→Na₂O·nSiO₂+CO₂+SO₂

芒硝是相對于工業(yè)堿廉價許多且豐富易得的化工產(chǎn)品，故此方法為在硅鋁質(zhì)原料中廉價引入堿金屬組分提供了思路。在單組分堿激發(fā)水泥中，堿與硅鋁質(zhì)及鈣質(zhì)原料一起煅燒得到活性水泥熟料。若將堿的制備并入熟料煅燒過程，?則可用廉價堿鹽替代工業(yè)堿制備堿激發(fā)水泥，此即為本發(fā)明依賴的科學(xué)原理。?

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述原理及思路，本發(fā)明的目的之一在于提供一種能有效降低成本、早強(qiáng)好的廉價單組分堿激發(fā)水泥的制備方法。?

該廉價單組分堿激發(fā)水泥的制備方法，包括如下步驟：?

（1）準(zhǔn)備如下原料：?

硅鋁質(zhì)原料：指以SiO₂和Al₂O₃為主要化學(xué)組成的原料，具體為結(jié)晶的與非結(jié)晶的天然產(chǎn)出物和/或工業(yè)廢渣；?

鈣質(zhì)原料：指通過煅燒過程可分解出游離的CaO的物質(zhì)，具體為化學(xué)組成以CaCO₃為主、包括部分MgCO₃的天然巖石；?