專利名稱：新型生態(tài)水泥及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生態(tài)水泥及其制備方法與應(yīng)用，屬于膠凝材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
凡在物理、化學(xué)作用下，能從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料，膠凝材料分為水硬性和非水硬性兩種，普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥屬于水硬性材料，拌水后不僅能在空氣中硬化又能在水中硬化的材料。
自從十九世紀(jì)末波特蘭水泥誕生以來，水泥作為建筑膠凝材料已有100多年的歷史，到目前為止，仍然是世界上最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)過漫長的歷史發(fā)展和多次重大變革，水泥及水泥混凝土生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟和完善，但波特蘭水泥固有的缺陷也日益顯露出來。由于傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥燒制工藝復(fù)雜，能源消耗大，排放大量有害氣體污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，給地球生物圈帶來了與日俱增的危害。
吳中偉院士生前曾指出“近十年來，我國水泥工業(yè)走上一條高產(chǎn)、高耗、低效、高環(huán)境負(fù)荷的不可持續(xù)發(fā)展道路，必須通過科技創(chuàng)新加以根本性的改造?！倍嗄陙?，建材科技工作者采用在水泥中摻加部分混合材料或在混凝土中摻加部分活性摻合料，用于改善水泥基材的化學(xué)組成，減少燒結(jié)熟料用量，都是行之有效的措施。但這些作法大多數(shù)是以降低成本為主要目的，而沒有從根本上改變水泥基材的組成，實現(xiàn)高性能，所以研制新型水泥及高性能使用的配制技術(shù)，是從根本上徹底改革傳統(tǒng)的水泥基材組成和高性能使用技術(shù)的一條重要途徑。
水泥的發(fā)展與人類文明的發(fā)展是分不開的，然而它的發(fā)展所帶來的污染和對生態(tài)環(huán)境的破壞又成為制約文明社會進(jìn)一步發(fā)展的勁敵。硅酸鹽水泥問世100多年來，水泥生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了多次變革。目前比較成熟的工藝其技術(shù)原理是以水泥熟料中的活性組份硅酸三鈣和硅酸二鈣礦物或鋁酸三鈣為主，在礦化劑的作用下，在1250-1400℃形成，在整個水泥的生產(chǎn)過程中，經(jīng)過生料配制與粉磨、熟料煅燒過程、和水泥成品的粉磨三個過程。在燒成和粉磨的過程中，就造成了對現(xiàn)實生存環(huán)境的污染，資源利用率低，能耗高，如大量的粉塵、SO2、NOX、CO2等都將成為生態(tài)環(huán)境的殺手。當(dāng)前不管是硅酸鹽水泥，還是鋁酸鹽水泥，都要經(jīng)過上述過程，特別是改革開放后，隨著設(shè)備的不斷換代，社會需求量的加大、社會經(jīng)濟(jì)總量的快速增長，普通水泥與特種水泥產(chǎn)量日益劇增，小水泥廠的火線上馬，在滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時，也加重了環(huán)境污染和治理的困難。
近年來，新型干法水泥生產(chǎn)工藝的產(chǎn)業(yè)化，在成本上解決了過去的技術(shù)高成本部分問題，但是同樣的燒磨聯(lián)合工藝流程，仍存在同樣的環(huán)境污染。水泥作為建筑工業(yè)的三大基本材料，在民用、軍用、水利等關(guān)系國計民生的各個領(lǐng)域起著十分重要的作用，用途廣泛、用量增大，水泥工業(yè)對于社會的危害也增大。我國水泥工業(yè)的危害主要體現(xiàn)在產(chǎn)生的有害氣體和重金屬的污染、大量資源的浪費和由此造成的不可再生、粉塵污染。根據(jù)GB175-1999中可以看到，在現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝流程中，烘干和煅燒產(chǎn)生的粉塵量約占水泥廠總排放量的70％-80％，而這些加上來自粉磨、破碎等工序的粉塵大都處于直接排放的狀態(tài)，這種情況下，我國水泥粉塵排放量要達(dá)到1500萬噸/年，大多數(shù)水泥廠都是高濃度的排放，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境。
另外，目前我國水泥產(chǎn)量已突破6億噸，則年消耗石灰石約6億噸，粘土2.5億噸，和1億噸的煤炭，這些資源都是人類最重要的資源，關(guān)系到人類發(fā)展的前途，這樣資源的使用就造成了嚴(yán)重的資源匱乏，容易引發(fā)物質(zhì)生態(tài)鏈的損壞，資源的嚴(yán)重失衡，給人類帶來不可預(yù)測的災(zāi)難。
水泥行業(yè)中排放的大量SO2、NOX、CO2，具有很強(qiáng)的毒性，形成的酸雨和酸霧對人體、大面積的動植物，各種生態(tài)植被會造成危害，在我國，由于大量SO2高濃度的排放，使得很大一部分地區(qū)成了酸雨高發(fā)區(qū)，CO2的排放會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，久而久之會讓人類無法承受，NOX，HF等氣體，對環(huán)境質(zhì)量的影響日益突出。
在中國，水泥業(yè)采用大量耐火材料鎂鉻磚，鎂鉻磚在使用過程中易于硫結(jié)合形成六價鉻鹽化合物，極易溶于水，流入水資源，會造成大量的金屬中毒，導(dǎo)致各種病的產(chǎn)生，甚至癌癥，我國對水泥行業(yè)的Pb、Sn、V、Sb等的排放尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沒有足夠的認(rèn)識，這也是水泥行業(yè)存在的一大隱患。
同樣在我國，大量的工業(yè)廢棄物在露天存放，造成了嚴(yán)重的空氣、地面、水源污染，特別是氧化鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的赤泥，一直是世界上的一個大難題，長期以來一直采用露天堆壩存放的技術(shù)，對于周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，而且不斷占用大量的耕地，并造成地下水源的浪費，隨著氧化鋁產(chǎn)量的增大，將會有大量的赤泥在不斷排放；還有黑色冶金行業(yè)排放的大量的礦渣，如鈦礦渣、磷礦渣、水淬渣等，都對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，另外、在煤電業(yè)的大量的粉煤灰的大量存放，無疑是造成環(huán)境污染的又一個無形的殺手，還有各種化工業(yè)的廢渣，如磷渣、煤矸石、化工廢石膏等等都在大量的堆積和存放著，如何利用這些固體工業(yè)廢棄物已成為各行各界共同關(guān)注的課題。
另外，在自然界，尚有大量的自然資源可以利用，但是現(xiàn)有技術(shù)尚未能對其進(jìn)行利用，如在我國，特別是在沿江河湖海的流域地區(qū)，地質(zhì)上形成各類頁巖，低質(zhì)高嶺土、火山灰質(zhì)原料目前就沒有得到很好的利用，還有大量的工業(yè)建筑垃圾以及硅酸鹽行業(yè)的廢棄物同樣在大量存放，嚴(yán)重影響了整體環(huán)境，并造成了嚴(yán)重的資源浪費，人類生存在一個資源緊缺的世界，充分利用現(xiàn)有礦物資源進(jìn)行改造自然，美化人類生活也成為一個重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型生態(tài)水泥及其制備方法與應(yīng)用。
新型生態(tài)水泥，包括富鋁原料F料，貧鋁原料P料和導(dǎo)向晶種D料，其中，F(xiàn)料是選用無定型態(tài)或微晶化的氧化鋁廠排出的赤泥、爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、鋼渣、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾或廢混凝土一種或多種物料組成的混合物，配料摩爾比[Si]/[Ca]＝0.5-1.7，[Si]/[Al]＝3.0-1.5。
P料是選用鋁土礦、爐渣、石灰石礦、廢堿渣、磷渣、化工石膏、水泥熟料、堿式鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽或鹵鹽類一種或幾種組成的混合物，配料摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0-0.3，[Si]/[Al]＝4.0-2.6。
上述磷渣和/或爐渣不同時放在F料和P料中。
上述磷渣是磷肥生產(chǎn)中的廢渣。廢堿渣是氨堿法生產(chǎn)純堿的廢渣。
D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得。
F料、P料、D料的重量比如下F料∶P料＝10-99∶1-80，優(yōu)選F料∶P料＝60-89∶11-40，D料∶(F料+P料)＝1-30∶70-99，優(yōu)選D料∶(F料∶P料)＝1-10∶90-99。
D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，60-120℃范圍內(nèi)進(jìn)行化合，然后在加入固體或液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶程度，保溫10-60小時，溫度控制在40-80℃。各成分重量百分比如下高活性Al(OH)320-45％強(qiáng)堿15-25％水玻璃20-40％硫酸鋁10-15％。
上述固體或液體水玻璃的模數(shù)(SiO2/NaO)M＝1.0-2.5。
上述F料、P料含水量(重量百分比)0.1-70％，優(yōu)選0.1-45％。
上述F料和P料在研磨時可有添加劑，主要是用來調(diào)節(jié)針對用戶要求的凝結(jié)條件和顏色以及研磨劑，主要是鋁酸鈉、甲基硅酸鈉、蔗糖化鈣、聚乙酸乙烯、活性Al(OH)3、氯化鈣、乙二醛、木質(zhì)磺酸鹽、強(qiáng)堿、活性石灰乳、多聚磷酸鈉、硼酸鹽或三乙醇胺的一種或多種。
上述F料和P料的添加劑加入量根據(jù)具體情況而定，可占F料或P料的重量百分比0.5-10％。
上述原料主要物質(zhì)的化學(xué)成分見下表(以重量百分比計算)
物質(zhì)的量計算公式物質(zhì)的量＝物質(zhì)的質(zhì)量/物質(zhì)的摩爾質(zhì)量物質(zhì)的量比＝物質(zhì)的百分?jǐn)?shù)/物質(zhì)的分子量本發(fā)明的新型生態(tài)水泥制備方法如下1、F料部分是采用無定型態(tài)或微晶化的氧化鋁廠排出的赤泥、爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、鋼渣、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾或廢混凝土一種或多種物料經(jīng)化學(xué)配比后組成的混合物，加上添加劑，經(jīng)過研磨制成。F料的配料比控制數(shù)值范圍(摩爾比)[Si]/[Ca]＝0.5-1.7 [Si]/[Al]＝3.0-1.5對于上述的頁巖、粘土或鋁土礦選礦尾礦等可以采用予焙燒或不預(yù)焙燒的工藝，預(yù)焙燒用500-1000℃的溫度，1-2小時的時間進(jìn)行。
2、P料部分是由各種低品位鋁土礦、爐渣、石灰石礦、廢堿渣、磷渣、化工石膏、各類水泥熟料、堿式鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽或鹵鹽類一種或幾種組成的混合物，加上添加劑，經(jīng)過研磨制成。P料的配料比控制數(shù)值范圍(摩爾比)[Si]/[Ca]＝1.0-0.3 [Si]/[Al]＝4.0-2.63、D料作為導(dǎo)向晶種，它的合成由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃、硫酸鋁在一定溫度下合成制備，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，60-120℃范圍內(nèi)進(jìn)行化合，然后在加入固體或液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫10-60小時，溫度控制在40-80℃。各組分比例如下(重量百分?jǐn)?shù))高活性Al(OH)320-45％強(qiáng)堿15-25％水玻璃20-40％硫酸鋁10-15％上述F料和P料中的添加劑，主要是用來調(diào)節(jié)針對用戶要求的凝結(jié)條件和顏色以及研磨劑，在研磨時添加，主要是鋁酸鈉，甲基硅酸鈉，蔗糖化鈣，聚乙酸乙烯，活性Al(OH)3，氯化鈣，乙二醛，木質(zhì)磺酸鹽，強(qiáng)堿，活性石灰乳，多聚磷酸鈉、硼酸鹽、三乙醇胺等一種或某幾種的混合物。配色離子在P料研磨時的添加劑中體現(xiàn)，根據(jù)原生物料的元素顏色進(jìn)行搭配，可以做成磚灰色、淡白色、灰黑色、墨灰色等色彩生態(tài)水泥。
上述F料和P料的研磨后優(yōu)選粒度是200目篩余1-10％，比表面積為4000cm2/g-8000cm2/g。上述F料和P料的最終產(chǎn)品形態(tài)是固體粉末狀或濕粉狀，獨立包裝。
上述F料和P料的研磨采用兩種方式一種是采用來料原位研磨的加工條件，主要是根據(jù)化學(xué)計量比調(diào)整好各種可用物料后，一起入磨進(jìn)行研磨，也可以根據(jù)不同物料的研磨條件，加入添加劑，分別研磨后進(jìn)入混磨器混合，采用先磨后混。
另一種是采用分別經(jīng)過處理的物料加入調(diào)濕劑，進(jìn)行研磨，不再加入研磨劑，主要是考慮不同物料的最佳研磨方式而定。調(diào)濕劑主要是含水量較大的生物制品，如檸檬酸、果凍類物質(zhì)。
具體生產(chǎn)時可先用鄂式破碎機(jī)對原料進(jìn)行先期破碎，再用爪斗吊天車將原料堆場的各種分類原料運倒各個生產(chǎn)流程上的原料倉。
各原料倉按照工藝技術(shù)配比要求與皮帶秤相連，通過皮帶送到球磨機(jī)，此時根據(jù)用戶要求，以及入磨原料的可磨性，適當(dāng)加入調(diào)濕劑或不加，但要同時加入添加劑，進(jìn)行研磨，研磨后物料進(jìn)入風(fēng)選分級系統(tǒng)，這樣直到物料滿足粒度和比表面的要求，F(xiàn)料的研磨后最好的粒度是200目篩余1-10％，比表面積為(4000-8000)cm2/g.后，用皮帶傳送到成品倉，進(jìn)行封裝和入庫，濕粉料采用桶裝或罐裝。
4、F料或P料在研磨后可以與D料先進(jìn)行復(fù)合，組成FD料或PD料，并不發(fā)生反應(yīng)，但是FD料和P料，F(xiàn)D料和PD料，F(xiàn)料和PD料，F(xiàn)料和P料，在有水參與的情況下，就會產(chǎn)生膠凝性，發(fā)生水化反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)。加水為F料、P料和D料總重量的25％-65％。
包裝要求對于F料、P料的干粉末物料或濕粉磨物料，采用內(nèi)襯塑料編織袋包裝，或進(jìn)行大罐裝，或進(jìn)行桶裝。但是，對于F料、P料、FD料、PD料都要進(jìn)行單獨包裝，并明確標(biāo)示。對于D料，用可回收的塑料桶裝?？梢灾貜?fù)利用。
本發(fā)明新型生態(tài)水泥的應(yīng)用，具體方法如下新型生態(tài)水泥在使用時，必須遵循有條件的使用規(guī)則，即單獨的F料、P料或D料斗不能實現(xiàn)膠凝材料的功能，只有把三種料F料、P料和D料或FD料和PD料兩種復(fù)合料相混合，并且在外加結(jié)合水的作用下，才能發(fā)生激烈的水化反應(yīng)和復(fù)雜的化學(xué)變化，提供一種環(huán)境適宜的化學(xué)環(huán)境，使得特殊性能的鋁硅酸鹽物質(zhì)在D料的晶種引導(dǎo)下，生成膠凝材料，并最終具有水泥的所有物理特性。
在具體應(yīng)用上，與現(xiàn)有普通硅酸鹽水泥的做法是相同的，在砂漿、混凝土的制備過程中，各種分級骨料完全可以采用河砂、碎石、塊石、粘土等，同樣也可以采用廢混凝土塊、廢磚、瓦塊、玻璃塊等等。另外，新型生態(tài)水泥，在固砂固壩方面上也具有很好的使用功能，因為它可以直接與砂壩、土壩、灰壩等土質(zhì)類物質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)，可以實現(xiàn)各種壩體的快速固化。
本發(fā)明原理如下晶體生長基本理論說明同一種晶體物質(zhì)的生成，要靠具體的環(huán)境溫度、晶體種子、環(huán)境壓力、母液濃度、以系統(tǒng)的其他因素，如堿度、可溶性成分、結(jié)晶面積等等，就是同一種物質(zhì)在不同的環(huán)境中也在表現(xiàn)不同的性能，特別是在晶體物質(zhì)形成過程中發(fā)生的物理、化學(xué)變化，在晶格形成、缺陷構(gòu)成上體現(xiàn)了不同的性質(zhì)，在橫縱晶向以及各個晶向上就體現(xiàn)出了不同性質(zhì)，這種性質(zhì)在不同環(huán)境中使用時，就會在某些方面表現(xiàn)出與眾不同的特點，特種性能材料就是這樣形成的。
鋁硅酸鹽形成過程中在某些方面表現(xiàn)出特殊性質(zhì)，本發(fā)明在鋁硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)鹽類的不同配位粒子以及不同晶格長度、方向、離子半徑的大小，能量的配置等都是影響其使用性能的相關(guān)因素。
鋁硅酸鹽物質(zhì)形成后的后處理使用過程中，必須正確了解該物質(zhì)的所有物化特性后，才能再根據(jù)其特殊的物化特性進(jìn)行最佳的化學(xué)組合配比，特別是要進(jìn)行能量的再次組合和重新配置，才能得到所需要的作用。
頁巖、赤泥、磷渣、礦渣、水淬渣、爐渣、鋼渣、粉煤灰、石灰石、建筑垃圾、鋁土礦選礦尾礦、各種火山灰質(zhì)原料、煤矸石、粘土、淤泥等都是含有一定鋁硅酸鹽的物質(zhì)，并且都有相當(dāng)?shù)牧?，這樣就為進(jìn)一步處理打下了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)。
這種鋁硅酸鹽物質(zhì)經(jīng)過外加能量的重新組合，以及在導(dǎo)向晶種的引導(dǎo)下，在特定的化學(xué)環(huán)境中，極易形成具有高強(qiáng)度特性的元素組合。
本發(fā)明的特點如下1、新型生態(tài)水泥由幾種不同物料共同組成，主要由富鋁原料(F料)和貧鋁原料(P℃)F料、P料在常溫下借助在水性介質(zhì)中，發(fā)生水化反應(yīng)，生成具有一定性能的鋁硅酸鹽物質(zhì)，在D料的引導(dǎo)下，生成具有水硬性凝膠材料。
2、F料、P料、D料單獨存放，不會發(fā)生凝膠現(xiàn)象，包括F料和D料以及P料和D料結(jié)合成FD料和PD料長時間也可以保持穩(wěn)定，特別是PD料可以保持長期穩(wěn)定，而不發(fā)生結(jié)塊。
3、F料作為富鋁原料在新型生態(tài)水泥中提供所必需的硅元素、鋁元素等鋁硅酸鹽物質(zhì)形成所必需的元素組成。
4、P料除了提供少量硅鋁元素以外，對F料中的不足的硅鋁元素進(jìn)行補充，同時更多的提供鋁硅酸鹽的配離子元素，如鐵、鈣、鈉、鉀、硫、鋰、氯等等配離子元素，與F料發(fā)生反應(yīng)。
5、D料主要是在F料和P料發(fā)生化學(xué)液相反應(yīng)時，提供的是一種引導(dǎo)定型晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。
6、D料可以單獨存放，也可以與F料、P料復(fù)合成FD料或PD料，但在使用上就與非復(fù)合料有著不同的使用規(guī)則。
7、根據(jù)不同要求，在F料和D料中還存在有色離子，主要用來實現(xiàn)生態(tài)水泥的非顏料著色。
本發(fā)明的優(yōu)良效果如下1、本發(fā)明解決了具有富鋁元素的鋁土礦選礦尾礦、微晶狀的赤泥、非晶化的各類水淬礦渣、鋼渣等的原位利用問題。
2、充分利用粉煤灰配比F料，解決了粉煤灰、各種工業(yè)爐渣的堆場存放，熱電業(yè)的廢棄物的存放問題。
3、解決各種化工工業(yè)的工業(yè)廢棄物的利用問題。
4、為現(xiàn)行水泥生產(chǎn)技術(shù)路線造成的嚴(yán)重污染找到一條切實可行的解決辦法。
5、解決各種工業(yè)廢棄物、建筑垃圾以及原生自然界硅鋁質(zhì)類材料頁巖、火山灰質(zhì)原料等的利用問題。
6、找到了一種水泥新產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，具有生態(tài)化的特點，不再產(chǎn)生二次污染，且在充分利用廢物。
7、解決了這種新型生態(tài)水泥的使用問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案就是依據(jù)鋁硅酸鹽形成的基礎(chǔ)理論，赤泥、爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾、廢混凝土、爐渣、石灰石礦、鋼渣等大量人類的資源特有的物理化學(xué)組成，經(jīng)過工藝過程的處理，配成F料和P料，在D料作為導(dǎo)向晶種的情況下，實現(xiàn)固體廢物的綜合利用，并同時發(fā)明了一種新型生態(tài)類水泥的合成工藝。
本發(fā)明新型生態(tài)水泥與普通425水泥的物理力學(xué)性能對比見下表1
本發(fā)明利用工業(yè)廢棄物(如磷渣、鋼渣、赤泥、粉煤灰、高爐礦渣等以及天然硅鋁材質(zhì)頁巖)的物化特性，選用優(yōu)良化學(xué)組成配比，使其達(dá)到膠凝材料的物化要求，通過多元固化技術(shù)，一定使用條件下合成具有波特蘭水泥特性的不同等級的新型生態(tài)膠凝材料的一種技術(shù)。本發(fā)明實現(xiàn)了固體廢物的綜合利用，制備工藝友好，所制備的新型水硬性膠凝材料市場空間大，成本低，競爭優(yōu)勢突出，戰(zhàn)略帶動性強(qiáng)，規(guī)模效益顯著，符合環(huán)境要求等特性。具體優(yōu)點如下a.本發(fā)明的材料抗腐蝕能力強(qiáng)，是普通水泥難以達(dá)到的。
b.生產(chǎn)的全過程基本不用動火(頁巖處理除外)，不排放二氧化碳。
c.該發(fā)明生產(chǎn)的水泥具有固結(jié)硅鋁材質(zhì)，人工礦井、天然泥土等的特性d.該發(fā)明生產(chǎn)的水泥材料具有的膠凝特性，相同情況下其強(qiáng)度會超過現(xiàn)有普通水泥.
e.磨料時添加的各種化學(xué)助劑，使得整個材料基體部分制備過程無粉塵，不污染環(huán)境.。
f.采用F料、P料、D料等多元合成，分體包裝、現(xiàn)場使用的辦法，具有更廣泛的應(yīng)用性。
g.生產(chǎn)中的所有原材物料全部為赤泥、燃燒鍋爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾、廢混凝土、爐渣、石灰石礦、鋼渣等一種或幾種的混合物，真正實現(xiàn)了變廢為寶，實現(xiàn)了綜合利用。
h.利用廢物，不再產(chǎn)生環(huán)境的二次污染，實現(xiàn)真正意義的環(huán)境無公害的清潔、生態(tài)化的生產(chǎn)模式。
I.新型生態(tài)水泥還大幅度的減少了土地資源的消耗和浪費。
J.減少了設(shè)備投資，主要為球磨系統(tǒng)和分選包裝系統(tǒng)，整體投資以及生產(chǎn)管理費用下降。
K.因新型生態(tài)水泥在工序上大幅減少，特別是減少了現(xiàn)有水泥的燒成工序，同時原料的成本低，來源廣泛，因而在綜合生產(chǎn)成本上比普通水泥的生產(chǎn)成本有了大幅度的降低。
L.新型生態(tài)水泥的生產(chǎn)規(guī)模可大可小，并且可以根據(jù)原料、應(yīng)用場地的具體位置進(jìn)行建廠生產(chǎn)，增加現(xiàn)場時效性，降低用戶成本，具有很大的靈活性。


圖1是F料工藝設(shè)備流程示意圖，其中A、B、…、D、E、…、N槽表示在一個特定的工作現(xiàn)場上，按原料的種類和工藝條件要求來配置的生產(chǎn)槽子，表示一系列槽子，是用來存放天車運來的各種不同類型的原料，一般按照原始粒度的大小排序，A槽存放予焙燒頁巖或未焙燒頁巖，排在最后的N槽存放粉煤灰，而D槽是存放調(diào)濕劑，E槽存放F料的化學(xué)添加劑。
圖2是P料工藝設(shè)備流程示意圖，其中 PA、PB、…、PD、PE、…、PN槽是用來存放天車運來的各種不同類型的原料，一般按照原始粒度的大小排序，如石灰石礦一般要放在PA槽，而鹽類物質(zhì)一般都放在最后N槽，而PD槽是存放P料的調(diào)濕劑，PE槽存放P料的化學(xué)添加劑。
圖3是D料工藝設(shè)備流程示意圖，其中，1、加料，2、反應(yīng)槽，3、保溫罐，4、成品槽，5、裝桶。
具體實施方式
下面通過實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中試驗應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)如下GB1346-89《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，凝結(jié)時間，安定性檢驗方法》GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》GB1345-91《水泥細(xì)度檢驗方法》GB8074-87《水泥比表面積測定方法》實施例1新型水泥及制備方法，以原生物料的重量比計算(1)F料粉煤灰15％，水淬礦渣40％，頁巖(未焙燒)6.4％，F(xiàn)料添加劑蔗糖化鈣0.1％，多聚磷酸鈉0.2％，三乙醇胺0.3％，F(xiàn)料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0，[Si]/[Al]＝2.25。
采用來料原位研磨加工，將各種可用物料，加入添加劑一起入磨進(jìn)行研磨。粒度控制在200目篩余3％，比表面積為4300cm2/g。
(2)P料爐渣5％，石灰13％，磷渣14.3％，P料添加劑木質(zhì)磺酸鈉0.2％，活性石灰乳0.5％，硼酸鈉0.2％。P料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0，[Si]/[Al]＝2.6。
上述各成分采用來料原位研磨加工，將各種可用物料，加入添加劑一起入磨進(jìn)行研磨。粒度控制在200目篩余3％，比表面積為4300cm2/g。
(3)D料導(dǎo)向劑5％，D料固含78％。
D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，100℃進(jìn)行化合，然后在加入液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫40小時，溫度控制在60℃。各成分重量百分比如下高活性Al(OH)335％強(qiáng)堿20％水玻璃30％硫酸鋁15％。
(4)F料或P料在研磨后分別與D料先行混合，組成FD料或PD料，并不發(fā)生反應(yīng)，但是FD料和P料，F(xiàn)D料和PD料，F(xiàn)料和PD料，F(xiàn)料和P料，加水為F料、P料和D料總重量的35％，發(fā)生水化反應(yīng)，生成膠凝材料，具有水泥的所有物理特性。F料、P料、D料的重量比如下F料∶P料＝65∶35，D料∶(F料∶P料)＝5∶95。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表2。
實施例2新型水泥及制備方法，以原生物料的重量比計算(1)F料粉煤灰5％，鋼渣10％，水淬礦渣39％，頁巖(焙燒)7％，F(xiàn)料添加劑木質(zhì)磺酸鈉0.5％，多聚磷酸鈉0.1％，聚乙酸乙烯0.4％。，F(xiàn)料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝0.5，[Si]/[Al]＝3.0。
F料中的頁巖采用預(yù)焙燒工藝，焙燒溫度800-900℃，焙燒時間1-2小時。
將上述各成分分別研磨后進(jìn)入混磨器混合，先磨后混。
(2)P料爐渣5％，石灰13％，磷渣13％，P料添加劑多聚磷酸鈉0.1％，活性Al(OH)3l％，活性石灰乳0.9％。將上述各成分分別研磨后進(jìn)入混磨器混合，先磨后混。
P料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝0.5，[Si]/[Al]＝3.0F料粒度控制200目篩余2％，比表面積為5100cm2/g；P料粒度控制200目篩余4％，比表面積為3900cm2/g；(3)D料導(dǎo)向劑5％，D料固含80％。
D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，100℃進(jìn)行化合，然后在加入液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫40小時，溫度控制在60℃。各成分重量百分比如下高活性Al(OH)345％強(qiáng)堿25％水玻璃20％硫酸鋁10％。
(4)F料、P料、D料分別包裝，使用時按下列重量比混合，F(xiàn)料∶P料＝65∶35，D料∶(F料∶P料)＝5∶95。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表2。
實施例3、新型水泥，以原生物料的重量比計算F料赤泥25％，水淬礦渣40％，粉煤灰6％F料添加劑磷酸二氫鈣3％，鋁酸鈉1％P料爐渣3％，磷渣18％P料添加劑活性石灰乳0.1％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，蔗糖化鈣0.4％，氯化鈣1.4％F料粒度控制200目篩余3％，比表面積為4300cm2/g；P料粒度控制200目篩余4％，比表面積為4900cm2/g.；F料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝1.7，[Si]/[Al]＝1.5P料的配料比摩爾比[Si]/[Ca]＝0.3，[Si]/[Al]＝4.0D料導(dǎo)向劑4％，D料固含78％。
D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，100℃進(jìn)行化合，然后在加入固體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫40小時，溫度控制在60℃。各成分重量百分比如下高活性Al(OH)320％強(qiáng)堿25％水玻璃40％硫酸鋁15％。
其余制備方法均同實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表2。
實施例4新型水泥，以原生物料的重量比計算F料赤泥15％，鋁土礦選礦尾礦10％，水淬礦渣45％，粉煤灰2％F料添加劑磷酸二氫鈣3％，鋁酸鈉1％，聚乙酸乙烯0.1％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，多聚磷酸鈉0.2％、三乙醇胺0.2％。
P料爐渣10％，磷渣15.1％P料添加劑活性石灰乳0.3％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，蔗糖化鈣0.5％，氯化鈣0.4％，甲基硅酸鈉0.1％，乙二醛0.1％，木質(zhì)磺酸鈣0.2％，硼酸鈉0.2％；F料粒度控制200目篩余1％，比表面積為5900cm2/g.；P料粒度控制200目篩余4％，比表面積為4900cm2/g；D料導(dǎo)向劑10％，D料固含78％。D料合成如實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表2。
表2新型生態(tài)水泥的物理力學(xué)性能
實施例5新型水泥，以原生物料的重量比計算F料鈦礦渣15％，粉煤灰10％，礦渣34％，赤泥7％，頁巖10％F料添加劑鋁酸鈉1％，活性Al(OH)32％，氯化鈣1％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，多聚磷酸鈉0.1％；P料爐渣2％，堿渣5％，磷渣4.1％P料添加劑甲基硅酸鈉0.2％，蔗糖化鈣0.1％，聚乙酸乙烯0.1％，乙二醛0.2％，木質(zhì)磺酸鈣0.1％，氫氧化鈉0.1％，活性石灰乳0.1％F料粒度控制200目篩余4％，比表面積為4200cm2/g；P料粒度控制200目篩余2％，比表面積為4900cm2/g；D料導(dǎo)向劑3.8％，D料固含69％。D料合成如實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表3。
實施例6新型水泥，以原生物料的重量比計算F料粉煤灰5％、煉鐵水淬渣35％、鈦礦渣10％、頁巖10％、鋁土礦選礦尾礦5％F料添加劑木質(zhì)磺酸鈉0.5％，多聚磷酸鈉0.1％，聚乙酸乙烯0.1％，三乙醇胺0.3％，磷酸二氫鈣1％；P料爐渣7％，石灰石9.9％、水泥熟料10％、
P料添加劑氯化鈉0.5％，，鋁酸鈉0.5％，磷酸二氫鈣0.1％，多聚磷酸鈉0.1％，活性Al(OH)31％；F料粒度控制200目篩余3％，比表面積為4500cm2/g；P料粒度控制200目篩余4％，比表面積為4300cm2/g；D料導(dǎo)向劑2.9％，D料固含75％。D料合成如實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表3。
實施例7新型水泥，以原生物料的重量比計算F料煉鐵水淬渣15％、粉煤灰25％、鈦礦渣10％、粘土5％、低品位鋁土礦5％F料添加劑鋁酸鈉3％，活性Al(OH)31％，木質(zhì)磺酸鈉0.2％，多聚磷酸鈉0.3％、三乙醇胺0.2％；P料鋼渣10％，石灰石5％，磷渣10％、水泥熟料3％、P料添加劑甲基硅酸鈉0.3％，蔗糖化鈣0.2％，氯化鈣0.4，碳酸鉀0.5％，多聚磷酸鈉0.1％、硼酸鈉0.4％；F料粒度控制200目篩余1％，比表面積為6000cm2/g；P料粒度控制200目篩余3％，比表面積為4300cm2/g；D料導(dǎo)向劑5.4％，D料固含70％。D料合成如實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表3。
實施例8新型水泥，以原生物料的重量比計算F料鋁土礦選礦尾礦5％，水淬礦渣35％，粉煤灰10％，頁巖(焙燒)5％，水泥熟料3％，F(xiàn)料添加劑磷酸二氫鈣3％，鋁酸鈉1％，聚乙酸乙烯0.5％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，多聚磷酸鈉0.2％、三乙醇胺0.2％；P料爐渣10％，鋼渣8.4％，磷渣12.9％，P料添加劑活性石灰乳1％，木質(zhì)磺酸鈉0.1％，氯化鈣0.4％，氫氧化鈉0.5％，甲基硅酸鈉0.1％，乙二醛0.1％，木質(zhì)磺酸鈣0.2％，硼酸鈉0.2％；F料粒度控制200目篩余2％，比表面積為5400cm2/g；P料粒度控制200目篩余2％，比表面積為5200cm2/g；D料導(dǎo)向劑3.6％，D料固含70％。D料合成如實施例1。
有關(guān)新型水泥試驗的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表3。
表3新型生態(tài)水泥的物理力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.新型生態(tài)水泥，其特征在于包括富鋁原料F料，貧鋁原料P料和導(dǎo)向晶種D料，其中，F(xiàn)料是選用無定型態(tài)或微晶化的氧化鋁廠排出的赤泥、爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、鋼渣、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾或廢混凝土一種或多種物料組成的混合物，配料摩爾比[Si]/[Ca]＝0.5-1.7，[Si]/[Al]＝3.0-1.5；P料是選用鋁土礦、爐渣、石灰石礦、廢堿渣、磷渣、化工石膏、水泥熟料、堿式鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽或鹵鹽類一種或幾種組成的混合物，配料摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0-0.3，[Si]/[Al]＝4.0-2.6上述磷渣和/或爐渣不同時放在F料和P料中；D料是由Al(OH)3、強(qiáng)堿、水玻璃和硫酸鋁合成而得；F料、P料、D料的重量比如下F料∶P料＝10-99∶1-80，D料∶(F料+P料)＝1-30∶70-99。
2.如權(quán)利要求1所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述F料∶P料＝60-89∶11-40，重量比。
3.如權(quán)利要求1所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述D料重量比(F料∶P料)＝1-10∶90-99。
4.如權(quán)利要求1所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述D料的合成，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，60-120℃范圍內(nèi)進(jìn)行化合，然后在加入固體或液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫10-60小時，溫度控制在40-80℃，各成分重量百分比如下高活性Al(OH)320-45％強(qiáng)堿15-25％水玻璃20-40％硫酸鋁10-15％。
5.如權(quán)利要求1所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述F料、P料含水量重量百分比0.1-45％。
6.如權(quán)利要求1所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述F料和P料在研磨時有添加劑，是鋁酸鈉、甲基酸鈉、蔗糖化鈣、聚乙酸乙烯、活性Al(OH)3、氯化鈣、乙二醛、木質(zhì)磺酸鹽、強(qiáng)堿、活性石灰乳、多聚磷酸鈉、硼酸鹽或三乙醇胺的一種或多種。
7.如權(quán)利要求4所述的新型生態(tài)水泥，其特征在于所述F料和P料添加劑加入量占F料或P料的重量百分比0.5-10％。
8.權(quán)利要求1所述新型生態(tài)水泥的制備方法，其特征在于，步驟如下(1)F料部分是采用無定型態(tài)或微晶化的氧化鋁廠排出的赤泥、爐渣、煉鐵水淬渣、粉煤灰、鈦礦渣、磷渣、頁巖、鋼渣、粘土、火山灰質(zhì)料、鋁土礦選礦尾礦、建筑垃圾或廢混凝土一種或多種物料經(jīng)化學(xué)配比后組成的混合物，加上添加劑，經(jīng)過研磨制成，F(xiàn)料的配料比控制數(shù)值范圍(摩爾比) [Si]/[Ca]＝0.5-1.7[Si]/[Al]＝3.0-1.5對于上述的頁巖、粘土或鋁土礦選礦尾礦采用予焙燒或不預(yù)焙燒的工藝，預(yù)焙燒溫度500-1000℃，時間1-2小時；(2)P料部分是由各種低品位鋁土礦、爐渣、石灰石礦、廢堿渣、磷渣、化工石膏、各類水泥熟料、堿式鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽或鹵鹽類一種或幾種組成的混合物，加上添加劑，經(jīng)過研磨制成，P料的配料比控制數(shù)值范圍摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0-0.3[Si]/[Al]＝4.0-2.6；(3)D料導(dǎo)向晶種的合成，首先是由高活性Al(OH)3、強(qiáng)堿在反應(yīng)槽內(nèi)，60-120℃范圍內(nèi)進(jìn)行化合，然后在加入固體或液體水玻璃，最后加入硫酸鋁調(diào)整晶種的結(jié)晶度40-70％，保溫10-60小時，溫度控制在40-80℃，各組分比例如下，重量百分?jǐn)?shù)高活性Al(OH)320-45％強(qiáng)堿15-25％水玻璃20-40％硫酸鋁10-15％；(4)F料或P料在研磨后與D料先進(jìn)行復(fù)合，組成FD料或PD料，并不發(fā)生反應(yīng)，但是FD料和P料，F(xiàn)D料和PD料，F(xiàn)料和PD料，F(xiàn)料和P料，在有水參與的情況下，就會產(chǎn)生膠凝性，發(fā)生水化反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)，加水為F料、P料和D料總重量的25％-65％。
9.如權(quán)利要求8所述的新型生態(tài)水泥的制備方法，其特征在于，上述F料和P料的研磨采用下列兩種方式之一(1)采用來料原位研磨的加工條件，主要是根據(jù)化學(xué)計量比調(diào)整好各種可用物料后，一起入磨進(jìn)行研磨，也可以根據(jù)不同物料的研磨條件，加入添加劑，分別研磨后進(jìn)入混磨器混合，采用先磨后混；(2)采用分別經(jīng)過處理的物料加入調(diào)濕劑，進(jìn)行研磨，調(diào)濕劑是檸檬酸或果凍。
10.新型生態(tài)水泥的應(yīng)用，具體方法如下把三種料F料、P料和D料或FD料和PD料兩種復(fù)合料相混合，并加水，生成具有水泥的所有物理特性的膠凝材料。
全文摘要
新型生態(tài)水泥及其制備方法與應(yīng)用，屬于膠凝材料技術(shù)領(lǐng)域。包括富鋁原料F料，貧鋁原料P料和導(dǎo)向晶種D料，其中，F(xiàn)料、P料選用各種工業(yè)固體廢棄物，以及各種自然界原生天然礦物質(zhì)的固有物化特性，進(jìn)行了原料組合和處理加工，F(xiàn)料配料摩爾比[Si]/[Ca]＝0.5－1.7，[Si]/[Al]＝3.0－1.5；P料配料摩爾比[Si]/[Ca]＝1.0－0.3，[Si]/[Al]＝1.0－2.6。F料、P料和D料，在使用時，加水充分混合，就形成具有很高強(qiáng)度的膠凝物質(zhì)。生產(chǎn)中的所有原材物料基本上是工業(yè)廢棄物，以及天然礦物質(zhì)，不再產(chǎn)生環(huán)境的二次污染，真正實現(xiàn)了變廢為寶，綜合利用，實現(xiàn)真正意義的環(huán)境無公害的清潔、生態(tài)化的生產(chǎn)。
文檔編號C04B7/00GK1609031SQ200410036068
公開日2005年4月27日 申請日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者祝鳳美, 張立省, 高方舟, 張馨方 申請人:張立省