一种固废基白色硫铝酸盐水泥及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于建筑装饰材料领域，涉及一种固废基白色硫铝酸盐水泥及其制备方法与应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.目前，白色硅酸盐水泥在白色水泥市场中占比较高，但是白色硅酸盐水泥熟料对原料品质和煅烧温度要求较高，其生料中石灰石含量占到80％以上，煅烧温度较普通硅酸盐水泥熟料高100℃左右，较硫铝酸盐水泥熟料高200℃以上，碳排放量较高；并且，白色硅酸盐水泥普遍存在早期强度较低的问题，这不仅使其在工程应用中容易产生易开裂、易泛碱和损坏率高的问题，还极大的影响了生产和施工效率。因此，亟待发明一种低碳环保、早强、高强型白色水泥来满足市场的迫切需求。
4.白色硫铝酸盐水泥是一种以无水硫铝酸钙、硅酸二钙和硫酸钙为主要矿物组成的水硬性胶凝材料，因其特殊的矿物组成，使其熟料的煅烧温度和对碳酸钙的需求量均较白色硅酸盐水泥要低的多，是一种低碳环保水泥；并且因其本身具有快硬、早强、高强和微膨胀等特性，不仅可以满足施工的强度要求还能极大的提高生产和施工效率，是一种比较理想的白色水泥。发明人研究发现，虽然白色硫铝酸盐水泥是一种比较理想的白色水泥，但是自发明至今，在白色水泥市场中占比较小，这其中很重要的一个原因是白色硫铝酸盐水泥熟料生产对铝矾土等高品质原材料的依赖性较强，导致其成本高居不下；另一个原因是普通白色硫铝酸盐水泥存在后期强度增进不明显，甚至倒缩的问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固废基白色硫铝酸盐水泥及其制备方法与应用，本发明提供的固废基白色硫铝酸盐水泥不仅能有效的降低白色硫铝酸盐水泥的生产成本，还可以减少工业固废对环境的危害，实现工业固废的减量化、资源化、高值化利用，并且所制备的固废基白色硫铝酸盐水泥后期强度增进明显，可以有效的促进其在装饰性工程中的大规模应用。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.一方面，一种固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，生料配料按照质量份数计，包括：铝型材电镀残渣41～46份，钢厂白色脱硫石膏10～17份，硅灰石10～13份，石灰石29～34份。
8.白色水泥就是对水泥白度要求较高的一系列水泥，白色水泥可以作为建筑装饰材料使用。目前采用固废制备硫铝酸盐水泥技术主要针对硫铝酸盐水泥的物相组成，选择不同固废进行配料煅烧从而制成硫铝酸盐水泥。然而，固废中含有多种微量元素，如铬、锰、铁、钒、镍、钛等，这些微量元素不仅影响硫铝酸盐水泥的性能，还在水泥熟料煅烧过程中具
有很强的染色能力，能够极大的降低硫铝酸盐水泥的白度，因而采用固废制备白色硫铝酸盐水泥难度较高。同时，普通硫铝酸盐水泥的制备需要采用铝矾土，而白色硫铝酸盐水泥的制备对于铝矾土的纯度要求更高，因而成本显著提高。本发明为了提高固废基硫铝酸盐水泥的白度、降低成本，选择铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏与硅灰石、石灰石进行配料，研究表明，采用该原料组合制备固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，然后通过进一步复掺钢厂白色脱硫石膏和石灰石来制备的固废基白色硫铝酸盐水泥，不仅白度比普通白色硫铝酸盐水泥的白度更高，而且后期强度增进明显，力学性能显著优于普通白色硫铝酸盐水泥。
9.另一方面，一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，将铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石按生料配比混合均匀，然后进行煅烧，冷却获得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料。
10.第三方面，一种固废基白色硫铝酸盐水泥，按照质量份数计，包括：上述固废基白色硫铝酸盐水泥熟料50～80份，钢厂白色脱硫石膏5～20份，石灰石10～30份。
11.为了调节固废基白色硫铝酸盐水的力学性能，同时兼顾白度的要求，需要添加白色石膏和石灰石。为了进一步降低成本，采用钢厂白色脱硫石膏。研究发现，采用钢厂白色脱硫石膏对固废基白色硫铝酸盐水泥熟料调凝、促强的效果更好。
12.第四方面，一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥的制备方法，将固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏、石灰石按照配比混合均匀，粉磨筛分获得固废基白色硫铝酸盐水泥。
13.第五方面，一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥在建筑装饰工程或雕塑制品中的应用。
14.本发明的有益效果为：
15.本发明制备的固废基白色硫铝酸盐水泥以工业固体废弃物为主要原料，这不仅有效的降低了白色硫铝酸盐水泥的制作成本，还减少了工业固体废弃物对环境的污染，实现了工业固体废弃物的减量化、资源化和高值化利用；本发明制备的固废基白色硫铝酸盐水泥后期强度增进明显，可以有效的促进白色硫铝酸盐水泥在装饰性工程中的大规模应用。
具体实施方式
16.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
18.鉴于现有白色硫铝酸盐水泥存在成本较高，后期强度增进不明显，甚至倒缩等问题，本发明提出了一种固废基白色硫铝酸盐水泥及其制备方法与应用。
19.本发明的一种典型实施方式，提供了一种固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，生料配料按照质量份数计，包括：铝型材电镀残渣41～46份，钢厂白色脱硫石膏10～17份，硅灰石10～13份，石灰石29～34份。
20.本发明选择铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏与硅灰石、石灰石进行生料配料，研究表明，采用该原料组合制备固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，然后通过进一步复掺钢厂白色脱硫石膏和石灰石来制备的固废基白色硫铝酸盐水泥，不仅白度比普通白色硫铝酸盐水泥的白度更高，而且后期强度持续增进，其力学性能显著优于普通白色硫铝酸盐水泥。
21.在一些实施例中，铝型材电镀残渣43.6～45.8份，钢厂白色脱硫石膏10.4～16.6份，硅灰石10.4～12.5份，石灰石29.4～32.5份。该配比下制备的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料更有利于提高固废基白色硫铝酸盐水泥的白度和力学性能。
22.在一些实施例中，铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石与石灰石的质量份数和为100份。
23.本发明的另一种实施方式，提供了一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，将铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石按生料配比混合均匀，然后进行煅烧，冷却获得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料。
24.在一些实施例中，将混合均匀后的物料加水压制成型，然后煅烧，将煅烧冷却后的熟料块破碎并粉磨。
25.在一些实施例中，煅烧温度为1220～1250℃。
26.本发明的第三种实施方式，提供了一种固废基白色硫铝酸盐水泥，按照质量份数计，包括：上述固废基白色硫铝酸盐水泥熟料50～80份，钢厂白色脱硫石膏5～20份，石灰石10～30份。
27.本发明采用钢厂白色脱硫石膏，不仅能够进一步降低成本，而且调凝、促强的效果更好。
28.在一些实施例中，固废基白色硫铝酸盐水泥熟料64.0～76.5份，钢厂白色脱硫石膏8.0～13.5份，石灰石10.0～20.0份。该配比下的固废基白色硫铝酸盐水泥的力学性能更好。
29.在一些实施例中，比表面积不低于400m2/kg。
30.本发明的第四种实施方式，提供了一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥的制备方法，将固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏、石灰石按照配比混合均匀，粉磨筛分获得固废基白色硫铝酸盐水泥。
31.本发明的第五种实施方式，提供了一种上述固废基白色硫铝酸盐水泥在建筑装饰工程或雕塑制品中的应用。
32.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
33.下面实施例中，所用铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石在使用前均需进行预处理，预处理的工序依次为，破碎、烘干、粉磨。其中，烘干温度为105℃，原料需被烘干至恒重；粉磨时，原料需被粉磨至全部通过200目筛子。
34.下述实施例中，所用铝型材电镀残渣是一种白色残渣，由处理完铝型材表面的酸性电镀液，经过调凝、压滤、烘干后制得，其al2o3含量介于45％～55wt％，fe2o3含量小于0.8wt％。
35.下述实施例中，所用钢厂白色脱硫石膏，其so3含量介于45～50wt％，fe2o3含量小于0.3wt％。
36.下述实施例中，所用石灰石，其cao含量大于55％，fe2o3含量小于0.1wt％。
37.下述实施例中，所用硅灰石，其sio2含量介于45～50wt％，fe2o3含量小于0.1wt％。
38.实施例1
39.a、固废基白色硫铝酸盐水泥熟料的制备
40.(1)生料配料
41.选用铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石为原料，配比计算出各原料用量分别为：铝型材电镀残渣44.5wt％、钢厂白色脱硫石膏10.9wt％、硅灰石12.1wt％、石灰石32.5wt％。
42.(2)生料预制
43.按(1)中设计好的配比称取各种原料，并将其充分粉磨，混合均匀，然后加适量的水压制成*5mm的圆柱型生料饼，并在105℃下烘干至恒重。
44.(3)熟料制备
45.将(2)中烘干后的生料饼放入高温升降炉中，在1250℃下煅烧30min后迅速取出急冷至室温，然后将冷却后的熟料饼破碎并粉磨至全部通过200目筛，制得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料。
46.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
47.(1)固废基白色硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
48.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料72wt％，钢厂白色脱硫石膏8wt％，石灰石20wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
49.实施例2
50.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
51.(1)制备固废基白色硫铝酸盐水泥的各原料均与实施例1完全相同，分别为实施例1中a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏和石灰石。
52.(2)按照下述重量百分比称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料68wt％，钢厂白色脱硫石膏12wt％，石灰石20wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
53.实施例3
54.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
55.(1)制备固废基白色硫铝酸盐水泥的各原料均与实施例1完全相同，分别为实施例1中a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏和石灰石。
56.(2)按照下述重量百分比称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料64wt％，钢厂白色脱硫石膏16wt％，石灰石20wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
57.实施例4
58.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
59.(1)制备固废基白色硫铝酸盐水泥的各原料均与实施例1完全相同，分别为实施例
1中a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏和石灰石。
60.(2)按照下述重量百分比称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
61.实施例5
62.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
63.(1)制备固废基白色硫铝酸盐水泥的各原料均与实施例1完全相同，分别为实施例1中a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料、钢厂白色脱硫石膏和石灰石。
64.(2)按照下述重量百分比称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料59.5wt％，钢厂白色脱硫石膏10.5wt％，石灰石30wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
65.实施例6
66.a、固废基白色硫铝酸盐水泥熟料的制备
67.(1)生料配料
68.选用铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石为原料，配比计算出各原料用量分别为：铝型材电镀残渣45.8wt％、钢厂白色脱硫石膏10.4wt％、硅灰石12.5wt％、石灰石31.3wt％。
69.(2)生料预制
70.按(1)中设计好的配比称取各种原料，并将其充分粉磨，混合均匀，然后加适量的水压制成*5mm的圆柱型生料饼，并在105℃下烘干至恒重。
71.(3)熟料制备
72.将(2)中烘干后的生料饼放入高温升降炉中，在1250℃下煅烧30min后迅速取出急冷至室温,然后将冷却后的熟料饼破碎并粉磨至全部通过200目筛，制得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料。
73.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
74.(1)固废基白色硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
75.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
76.实施例7
77.a、固废基白色硫铝酸盐水泥熟料的制备
78.(1)生料配料
79.选用铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石和石灰石为原料，配比计算出各原料用量分别为：铝型材电镀残渣43.6wt％、钢厂白色脱硫石膏16.6wt％、硅灰石10.4wt％、石灰石29.4wt％。
80.(2)生料预制
81.按(1)中设计好的配比称取各种原料，并将其充分粉磨，混合均匀，然后加适量的
水压制成*5mm的圆柱型生料饼，并在105℃下烘干至恒重。
82.(3)熟料制备
83.将(2)中烘干后的生料饼放入高温升降炉中，在1250℃下煅烧30min后迅速取出急冷至室温,然后将冷却后的熟料饼破碎并粉磨至全部通过200目筛，制得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料。
84.b、固废基白色硫铝酸盐水泥的制备
85.(1)固废基白色硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为a部分制得的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
86.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中固废基白色硫铝酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得固废基白色硫铝酸盐水泥。
87.对比例1
88.普通白色硅酸盐水泥的制备
89.(1)普通白色硅酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为市售普通白色硅酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
90.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中市售普通白色硅酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得普通白色硅酸盐水泥。
91.对比例2
92.普通硫铝酸盐水泥的制备
93.(1)普通硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为市售普通硫铝酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
94.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中市售普通硫铝酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得普通硫铝酸盐水泥。
95.对比例3
96.普通白色硫铝酸盐水泥的制备
97.(1)普通白色硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料，调凝、促强组分，填充辅料组分配制而成。其中水泥熟料为市售普通白色硫铝酸盐水泥熟料，调凝、促强组分为钢厂白色脱硫石膏，填充辅料为石灰石。
98.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中市售普通白色硫铝酸盐水泥熟料76.5wt％，钢厂白色脱硫石膏13.5wt％，石灰石10wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得普通白色硫铝酸盐水泥。
99.对比例4
100.普通白色硫铝酸盐水泥的制备
101.(1)普通白色硫铝酸盐水泥主要由水泥熟料和石膏组成。其中水泥熟料为市售普
通白色硫铝酸盐水泥熟料，石膏为市售硬石膏。
102.(2)按照下述比例称取(1)中所述各组分，其中市售普通白色硫铝酸盐水泥熟料80wt％％，市售硬石膏20wt％，然后将上述各组分混匀并粉磨至比表面积达450m2/kg，制得普通白色硫铝酸盐水泥。
103.为了进一步测试本发明制备的固废基白色硫铝酸盐水泥的白度和力学性能，进行了以下实验：
104.1、样品的制备
105.将上述实施例制备的固废基白色硫铝酸盐水泥进行密封干燥处理。同时，分别以市售普通硫铝酸盐水泥熟料、市售普通白色硫铝酸盐水泥熟料、市售普通白色硅酸盐水泥熟料为主要原料制备的水泥作为对比例进行对照。
106.2、白度和力学性能测试
107.2.1对各实施例和对比例中水泥白度的测试按照gb/t 5950
‑
2008《建筑材料与非金属矿产白度测量方法》中规定的方法进行。
108.2.2对各实施例和对比例水泥的力学性能测试按照如下方法进行：以0.33的水胶比分别将水和水泥在净浆搅拌机中搅拌均匀，然后倒入到20mm
×
20mm
×
20mm的六联模中成型。成型后，将试模放入标准养护箱(温度为20
±
1℃，湿度为95
±
1％)中养护，6h后脱模。脱模后，将试块放入水中养护至测试龄期，然后使用压力试验机进行抗压强度测试。
109.各实施例和对比例水泥的白度和抗压强度测试结果如表1所示。
110.表1各实施例和对比例制备的水泥的抗压强度及白度
111.[0112][0113]
由表1可知，
[0114]
(1)采用本发明所述方法，以铝型材电镀残渣、钢厂白色脱硫石膏、硅灰石、石灰石为原料，制得固废基白色硫铝酸盐水泥熟料，通过进一步复掺10
‑
20wt％的钢厂白色脱硫石膏和10
‑
30wt％的石灰石制得固废基白色硫铝酸盐水泥(实施例1
‑
实施例7)，通过分别对其白度和抗压强度进行测试分析发现：其一，所制得的固废基白色硫铝酸盐水泥的白度都达到了83％以上，均高于普通白色硅酸水泥(对比例1)和普通白色硫铝酸盐水泥(对比例3)的白度；其二，所制得的固废基白色硫铝酸盐水泥的不仅早期强度增长迅速，3d抗压强度均超过了60mpa，具备早强、快硬的特点，并且后期强度持续增进，优于普通白色硫铝酸盐水泥(对比例3和对比例4)，各龄期抗压强度远高于普通白色硅酸盐水泥(对比例1)，说明本发明所述的制备固废基白色硫铝酸盐水泥的方法切实可行。其三，通过对比例3与对比例4的数据可以看出，通过添加石灰石能够调整后期强度增进不明显(28d净浆抗压强度与3d净浆抗压强度差值)的问题，但是增强效果不太明显。通过对比例3与实施例4对比可以看出，本发明提供的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料能够显著增加后期强度(28d净浆抗压强度)。因而通过对比例3、4和实施例4的结合可以表明，本发明提供的固废基白色硫铝酸盐水泥熟料与石灰石产生协同作用，从而显著增加后期强度，从而有效改善后期强度增进不明显的问题。
[0115]
(2)采用本发明所述方法制备的固废基白色硫铝酸盐水泥，其原料70％以上为工业固体废弃物，说明采用本发明所述的方法制备固废基白色硫铝酸盐水泥不仅可以有效的降低白色硫铝酸盐水泥的生产成本，还可以减少工业固体废弃物对环境的污染，实现工业固体废弃物的高值化利用。
[0116]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。