一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法与流程

1.本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法。


背景技术：

2.与硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥由于煅烧温度低、石灰石消耗量少的特性，具有显著的节能与低碳优势，被认为是具有广阔发展前景的低碳生态水泥。同时，硫铝酸盐水泥具有早强、高强、低碱度、抗冻融、耐腐蚀等特点，在紧急抢修工程、冬季施工工程、玻璃纤维增强水泥制品和海洋工程中的应用前景良好。硫铝酸盐水泥生产需要使用al2o3含量大于55％、sio2含量小于10％的高品位铝矾土。近年来，由于氧化铝工业的发展，高品位铝矾土的价格一直居高不下，导致硫铝酸盐水泥的生产成本持续走高。有相关研究是采用铝质的工业废渣部分代替高品位铝矾土生产硫铝酸盐水泥熟料，但由于工业废渣成分复杂且不稳定，在实际生产中熟料质量难以控制，目前在实际生产中几乎没有应用。
3.铝型材废液是铝型材生产过程中产生的工业废液，目前我国每年约产生600 万吨的铝型材废液。目前最常用的处理方法是采用中和沉淀法将铝型材废液处理成污泥，并进一步抽滤干燥后成为铝型材废渣，铝型材污泥或废渣通常采用筑坝湿法堆存，不仅占用了宝贵的土地和农田资源，还需要耗费大量资金来建设和维护堆场。同时，堆存渗滤液还会造成严重的环境问题，例如土壤碱化、沼泽化、地表污染及地下水源污染等。铝型材废渣经干燥后(105℃/24h)，al2o3含量大于50％，sio2含量小于2％，so3含量在10％左右，cao、na2o、f等含量总计在5％以下，与高品位铝矾土接近；如果经高温煅烧(1200℃/2h)，al2o3含量超过90％。铝型材废渣的化学组成比较简单和稳定，杂质含量较少，比其它铝质的工业废渣更适合作为硫铝酸盐水泥的铝质原料进行使用。但是，铝型材废液呈胶体状且含水率高，含水率一般在95％左右，经抽滤干燥成为铝型材废渣后含水率仍会超过30％，在粉磨过程中会团聚并粘附在球体上，不利于水泥生料的制备，需经过再次干燥后才能作为原料配制水泥生料。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种直接利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法，利用铝型材废液代替高品位铝矾土作为全部铝质原料生产硫铝酸盐水泥实现铝型材废液资源化利用，解决其堆存引发的污染问题，减少对自然资源开采，并降低硫铝酸盐水泥的生产成本，生产过程安全、简单、能耗低，减少了铝型材废液处理成废渣的抽滤干燥过程，有效地固化铝型材废液中的有害元素，且无需采用任何预处理方法，显著降低生产能耗，且煅烧过程无二氧化碳排放。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法，所述方法具体包括以下步骤：
7.(a)水泥生料的制备：称取铝型材废液、钙质原料和校正料，后混合并调节水固比和ph值，边搅拌边进行反应，之后将反应得到的沉淀干燥得到水泥生料；
8.(b)水泥熟料的制备：将步骤(a)得到的水泥生料进行煅烧，后经急冷得到硫铝酸盐水泥熟料。
9.步骤(a)中，所述铝型材废液的主要化学成分包括氧化铝、三氧化硫、氧化钙、氧化钠、氧化硅、三氧化二铁、五氧化二磷、氧化钾、氧化铬和氟元素等。
10.步骤(a)中，所述钙质原料选自电石渣、锂渣或镍渣中的一种或多种。
11.步骤(a)中，所述校正料选自磷石膏或脱硫石膏中的一种或多种。
12.步骤(a)中，铝型材废液：钙质原料：校正料的质量百分比比值为 90～95％:4～10％:0.3～2％。优选地，铝型材废液：钙质原料：校正料的质量百分比比值为90～95％:4.5～4.7％:0.3～0.5％。
13.步骤(a)中，水固比调节为(9:1)～(11:1)。
14.步骤(a)中，ph值调节为12.0～12.5。
15.步骤(a)中，反应的同时进行搅拌，搅拌的转速为600r/min。
16.步骤(a)中，反应的温度为室温，反应的时间为2h～8h。
17.步骤(a)中，干燥的温度为100℃～105℃，干燥的时间为1h～2h。
18.步骤(b)中，水泥生料在电炉或回转窑内进行煅烧。
19.步骤(b)中，煅烧的温度为1100℃～1200℃，煅烧的时间为0.5h～1.0h。优选地，煅烧的温度为1150℃，煅烧的时间为1.0h。
20.步骤(b)中，急冷的速度为40℃/min～55℃/min，急冷至60℃～120℃，急冷的时间为20min～30min。
21.步骤(b)中，最后得到的硫铝酸盐水泥熟料的主要物相成分为和c2s。
22.本发明以铝型材废液为全部铝质原料，电石渣、锂渣、镍渣等为钙质原料，以磷石膏、脱硫石膏等作为校正料，直接利用铝型材废液合成制备水泥生料，减少了铝型材废液处理成废渣的抽滤干燥过程；采用铝型材废液完全取代铝矾土，实现铝型材废液资源化利用；水泥生料制备在常温常压下进行，不需要水热或高压反应，生产过程安全、简单、能耗低；有效地固化铝型材废液中的有害元素，且无需采用任何预处理方法；煅烧温度相比现有技术降低了150～200℃，显著降低生产能耗，且煅烧过程无二氧化碳排放。
23.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
24.1.直接利用铝型材废液合成制备水泥生料，减少了铝型材废液处理成废渣的抽滤干燥过程；采用铝型材废液代替高品位铝矾土作为全部铝质原料，可以将铝型材废液资源化利用，解决其堆存引发的污染问题，减少对自然资源开采，并降低硫铝酸盐水泥的生产成本。
25.2.水泥生料制备在常温常压下进行，不需要水热或高压反应，生产工艺与过程安全、简单、能耗低；水泥熟料烧成温度比现有工艺温度降低150～200℃，降低了烧成能耗。
26.3.铝型材废液合成的水泥生料具有较高的比表面积，铝型材废液中所含的f、 na等组分具有很好的矿化作用，本发明利用这两点可以降低矿相的生成温度，从而降低了水泥熟料的生产能耗和生产成本。
27.4.铝型材废液中f、cr等有害元素可以在生料制备过程被钙矾石固化，并在煅烧过
程中进入矿相，且对水泥熟料性能无影响。与其他铝型材废液利用方式相比，本发明可以有效地固化有害元素，且无需采用任何预处理方法。
28.5.本发明如果采用电石渣等硅含量低的钙质原料，可以获得硫铝酸钙含量很高的熟料，适合制备高强度等级的快硬硫铝酸盐水泥。
29.6.本发明中钙质原料不采用石灰石，在煅烧过程中无二氧化碳排放，煅烧温度低，是一种节能低碳的水泥熟料。
附图说明
30.图1为实施例1制得的水泥生料的x射线衍射图谱；
31.图2为实施例1制得的水泥熟料的x射线衍射图谱；
32.图3为实施例2制得的水泥生料的x射线衍射图谱；
33.图4为实施例2制得的水泥熟料的x射线衍射图谱。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
35.一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法，具体包括以下步骤：
36.(a)水泥生料的制备：称取铝型材废液、钙质原料和校正料，后混合并调节水固比为(9:1)～(11:1)和ph值为12.0～12.5，再在室温下反应2～8h，同时进行搅拌，之后将反应得到的沉淀在100℃～105℃干燥1h～2h得到水泥生料，钙质原料选自电石渣、锂渣或镍渣中的一种或多种，校正料选自磷石膏或脱硫石膏中的一种或多种，铝型材废液：钙质原料：校正料的质量百分比比值为90～95％:4～10％:0.3～2％；
37.(b)水泥熟料的制备：将步骤(a)得到的水泥生料在1100℃～1200℃下煅烧 0.5h～1.0h，后以40℃/min～55℃/min的速度经急冷至60℃～120℃得到硫铝酸盐水泥熟料。
38.实施例1
39.本实施例中所使用原料的化学成分如表1所示。
40.表1原料主要化学成分(wt/％)
[0041][0042]
本实施例原料配比如表2所示。
[0043]
表2原料配比
[0044][0045]
一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法，具体实施步骤如下：
[0046]
(a)水泥生料的制备：
[0047]
按照表2的配比称取原料，将原料混合后调节水固比为10:1和ph值为12.3，在常温下搅拌(搅拌转速为600r/min)反应6h，将反应所得沉淀过滤后在105℃下烘干2h，得到水泥
生料，从x射线衍射图谱(详见图1)可以看出水泥生料的主要物相为钙矾石，还有少量未反应的氢氧化钙和石膏。
[0048]
(b)水泥熟料的制备：
[0049]
将步骤(a)制得的水泥生料置于电炉中进行煅烧，在1150℃煅烧1.0h后以 50℃/min的速度急冷至60℃，得到硫铝酸盐水泥熟料，从x射线衍射图谱(见图 2)可以看出，水泥熟料主要是通过对x射线图谱进行计算可知含量大约在91％左右，c2s含量大约为3％。可用于制备强度等级62.5以上的高强度硫铝酸盐水泥。
[0050]
实施例2
[0051]
本实施例中所使用原料的化学成分如表3所示。
[0052]
表3原料主要化学成分(wt/％)
[0053][0054]
本实施例原料配比如表4所示。
[0055]
表4原料配比
[0056][0057]
一种利用铝型材废液制备硫铝酸盐水泥熟料的方法，具体实施步骤如下：
[0058]
(a)水泥生料的制备：
[0059]
按照表4的配比称取原料，将原料混合后调节水固比为10:1和ph值为12.3，在常温下搅拌(搅拌转速为600r/min)反应6h，将反应所得沉淀过滤后在105℃下烘干2h，得到水泥生料，从x射线衍射图谱(详见图3)可以看出水泥生料的主要物相为钙矾石、氢氧化钙。
[0060]
(b)水泥熟料的制备：
[0061]
将步骤(a)制得的水泥生料置于电炉中进行煅烧，在1150℃煅烧1.0h后以 50℃/min的速度急冷至60℃，得到硫铝酸盐水泥熟料，从x射线衍射图谱(见图 4)可以看出，水泥熟料主要是和c2s，通过对x射线图谱进行计算可知含量大约在55％左右，c2s含量大约为38％。可用于制备强度等级52.5以下的低强度硫铝酸盐
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贝利特水泥。
[0062]
本发明中未进行详尽说明和解释的内容均为水泥工艺学的常识。
[0063]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。