含硫硅鈣石的硫鋁酸鈣-水泥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及含有以重量計20至100%C5S2$和以重量計少于15%C4A3$的硫硅鈣石-硫鋁酸鈣-熟料以及硫硅鈣石熟料，以及硫硅鈣石作為含有以重量計10至90%CSA(F)(B)和以重量計90至10%硫硅鈣石的硫鋁酸鈣(鐵酸鹽)(貝利特)熟料（CSA(F)(B)）、硫鋁酸鈣(鐵酸鹽)(貝利特)水泥和粘結劑的添加劑的用途。
【專利說明】含硫硅鈣石的硫鋁酸鈣-水泥
[0001]本發(fā)明涉及硫硅鈣石-貝利特-硫鋁酸鈣-熟料、-水泥和-粘結劑以及作為硫鋁酸鈣(鐵酸鹽)(貝利特)-熟料(CSA(F) (B))、-水泥和粘結劑的添加劑的硫硅鈣石的用途。
[0002]水泥工業(yè)造成全球CO2產(chǎn)量的相當大部分。近年來，全世界不斷增長的水泥需求量(尤其是在發(fā)展中國家)以及用于原料、能源和CO2證書的不斷上升的成本導致熟料系數(shù)不斷降低，例如通過添加石灰石粉、飛灰和?；V渣砂作為熟料替代材料。來自其它工業(yè)的副產(chǎn)物和廢品的這種應用以及替代粘結劑的開發(fā)日益成為政治、科學和經(jīng)濟中的關注焦點。
[0003]在全世界，在熱能廢物處置/能量生成、鋼生產(chǎn)、貴金屬提取等中生成巨大量的在下文中被稱作工業(yè)副產(chǎn)物的材料。根據(jù)品質(zhì)/組成/應用領域，可將其部分或全部再用于各種工藝和產(chǎn)物中，例如作為波特蘭水泥的熟料生產(chǎn)中的校正劑，作為混凝土添加劑以及作為浙青和混凝土的骨料等。
[0004]但是，由于各種因素，例如缺乏均勻性(化學機理和礦物學)和有害物質(zhì)成分(有機物、重金屬等)，工業(yè)副產(chǎn)物的使用并非沒有問題的。尤其是OPC-熟料的下降的反應性/品質(zhì)或水泥的不足的體積穩(wěn)定性會導致大量的此類材料每年必須以巨大的花費堆放或用作料堆材料和堆放材料。此類材料的堆放也會遇到困難，例如浸出過程可能導致污染周邊地區(qū)和水域/地下水。工業(yè)副產(chǎn)物的使用/處理因此構成主要挑戰(zhàn)并且是尚未解決的問題。在將來，盡可能有效和可持續(xù)地利用資源是不可缺少的并在全世界具有意義。
[0005]除替代水泥中的熟料和生料混合物中的原料外，還嘗試找出其它水硬性粘結劑。這些包括硫鋁酸鈣-水泥和含有貝利特作為主要組分的水泥。
[0006]使用水泥工業(yè)中常見的下列縮寫:H - H2O, C - CaO, A-Al2O3, F-Fe2O3, M - MgO,S - SiO2和$ - SO3O為了簡化進一步描述，化合物通常以其純形式標示，而沒有明確陳述混合系列/雜質(zhì)離子替代等，因為它們是技術和工業(yè)材料中常規(guī)的。本領域任何技術人員理解，在本發(fā)明中具名提及的相的組成由于被各種雜質(zhì)離子替代而可變，其取決于生料的化學機理和生產(chǎn)類型，其中此類化合物同樣被本發(fā)明的范圍涵蓋并包括在純相/化合物的說明中。
現(xiàn)有技術
[0007]在工業(yè)上，硫鋁酸鈣-水泥通常通過均化的細微分布的天然原料，如石灰石、鋁土礦、石膏/半水合物/硬石膏、富鋁粘土和SiO2源在回轉爐中在1100°C至1350°C的燒結制備并具有與波特蘭水泥相比明顯不同的化學機理和相組成。表1中比較了波特蘭水泥(OPC)和硫鋁酸鹽水泥(BCSAF)中存在的相。在硫鋁酸鹽水泥中，不同的工業(yè)副產(chǎn)物，如粒化礦渣砂和飛灰也可以添加到生料中。
[0008]表1:與BCSA(F)比較的OPC的化學機理和礦物學
【權利要求】
1.硫硅鈣石-硫鋁酸鈣-熟料或水泥，其可通過燒結含有CaCKAl2O3(Fe2O3)、3102和SO3源的生料混合物獲得， 其特征在于 所述生料混合物在> 1200°C至1350°C的溫度范圍燒結足以將所述生料混合物轉化成熟料中間產(chǎn)物的時間， 所述熟料中間產(chǎn)物在1200°C至750°C的下限的溫度范圍退火足以獲得所希望的量的C5S2S以及至少部分用存在的c$將鋁酸鹽-和高鐵酸鹽-相和原料的結晶高溫相的殘留物轉化成額外的C4 (AxFh) 3$和C5S2$的時間， 并冷卻以下列比例包含主要組分C4(AxF1J(α ； β ) C2S和C5S2S的熟料 ?C5S2S以重量計5至75% ?C2S以重量計I至80% ?C4 (AxF1^x) 3$ 以重量計 5 至 70% ?次要相以重量計O至30%， 其中χ為0.1至I的數(shù)值。
2.硫硅鈣石-熟料或-水泥，其可通過燒結至少含有Ca0、Si02和SO3源的生料混合物獲得，其中如此調(diào)節(jié)燒結過程中在900至1300°C范圍的溫度，以使所述硫硅鈣石-熟料具有以重量計20至 9 5%范圍的C5S2$含量和以重量計低于15%的C4 (AxF1J 3$含量，在每種情況下基于所述熟料總重量計，所述熟料含有以重量計20至95%的熟料相C5S2$和下列比例的其它熟料相(α ; β) C2S, χ 為 0.1 至 1.0 的 C4 (AXF(1_X)) 3$，y 為 0.2 至 0.8 的 C2 (AyF(1_y))、反應性鋁酸鹽、方鎂石(M)和次要相: ?(a，β) C2S 以重量計O至80% ?C4(AxF(1_x))3$ 以重量計0至〈15% ?C2 (AyF(1_y))以重量計 O 至 30% ?反應性鋁酸鹽以重量計O至20% ?方鎂石(M)以重量計O至25% ?次要相以重量計O至30%， 其中這些熟料相的比例合計為100%。
3.含有根據(jù)權利要求1的經(jīng)研磨的硫硅鈣石-硫鋁酸鈣-熟料或根據(jù)權利要求2的經(jīng)研磨的硫硅鈣石熟料和經(jīng)研磨的硫鋁酸鈣熟料的粘結劑。
4.根據(jù)權利要求3的粘結劑，其特征在于，其含有以重量計10至90%，優(yōu)選20至70%范圍的量的硫鋁酸鈣熟料和以重量計10至90%，優(yōu)選30至80%范圍的量的硫硅鈣石熟料，其中所述粘結劑的所有含量合計為100%。
5.根據(jù)權利要求3或4的粘結劑，其特征在于，以以重量計5至80%，優(yōu)選20至60%的范圍包含潛在水硬性材料和/或火山灰。
6.根據(jù)權利要求5的粘結劑，其特征在于，所述潛在水硬性材料和/或火山灰選自退火粘土 (例如偏高嶺土 )、頁巖、飛灰、礦渣砂以及合成的，例如火山灰型和潛在水硬性的玻璃。
7.根據(jù)權利要求3至6的至少一項的粘結劑，其特征在于，其另外含有以重量計I至30%，優(yōu)選5至20%范圍的其它水硬反應性材料，如波特蘭水泥和/或非水硬反應性材料，如研磨的石灰石/白云石、沉淀CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、娃粉。
8.根據(jù)權利要求3至7的至少一項的粘結劑，其特征在于，其含有以重量計0.1至15%，優(yōu)選I至8%范圍的量的一種或多種凝固-和/或硬化加速劑作為摻合料，其優(yōu)選選自具有可利用的鋁的組分，該組分在與水接觸時釋放例如Al (OH) 4或無定形Al (OH) 3-凝膠形式的鋁，如可溶堿金屬鋁酸鹽[例如Na2Al204、K2Al2O4等]、氫氧化鋁(例如無定形Al (OH) 3)、鋁酸鈣水泥和/或地質(zhì)聚合物粘合劑。
9.根據(jù)權利要求3至8的至少一項的粘結劑，其特征在于，其含有鋰鹽和氫氧化鋰和/或其它堿金屬鹽和堿金屬氫氧化物和堿金屬硅酸鹽作為摻合料，其中提高溶液的PH值并因此提高c5s2$的反應性的摻合料如堿金屬鹽、堿金屬硅酸鹽和堿金屬氫氧化物是特別優(yōu)選的。
10.根據(jù)權利要求3至9的至少一項的粘結劑，其特征在于，所述硫硅鈣石熟料和硫鋁酸鈣熟料一起或單獨、與或不與以堿金屬和/或堿土金屬硫酸鹽形式，優(yōu)選以石膏和/或半水合物和/或硬石膏和/或硫酸鎂形式的硫酸鹽載體一起研磨至2000至10000 cm2/g范圍，優(yōu)選3000至6000 cm2/g范圍，和特別優(yōu)選4000至5000 cm2/g范圍的細度(根據(jù)Blaine)。
11.根據(jù)權利要求3至9之一的粘結劑，其特征在于，所述硫硅鈣石-硫鋁酸鈣-熟料與或不與以堿金屬和/或堿土金屬硫酸鹽形式，優(yōu)選以石膏和/或半水合物和/或硬石膏和/或硫酸鎂形式的硫酸鹽載體一起研磨至2000至10000 cm2/g范圍，優(yōu)選3000至6000cm2/g范圍，和特別優(yōu)選4000至5000 cm2/g范圍的細度(根據(jù)Blaine)。
12.根據(jù)權利要求11或12的粘結劑，其特征在于，所述硫硅鈣石水泥具有d5(l小于20微米且d90小于100微米,或d50小于5微米且d90小于20微米,或d50小于0.1微米且d90小于2微米的粒度分布。
13.根據(jù)權利要求3至12之一的粘結劑與?；慕Y合用于制備混凝土和砂漿的用途，其中調(diào)節(jié)0.2至2的水/粘結劑值。
14.根據(jù)權利要求3至12之一的粘結劑用于固定有害物質(zhì)或作為密封墻物料的用途，其中優(yōu)選加入吸附有效的添加劑，如沸石和/或離子交換樹脂。
15.根據(jù)權利要求2的硫硅鈣石熟料作為硫鋁酸鈣粘結劑的添加劑的用途，其特征在于，將硫硅鈣石熟料與硫鋁酸鈣熟料混合，并且將兩者，任選在添加其它組分的情況下，一起研磨成水泥，或?qū)⒔?jīng)研磨的硫硅 鈣石熟料與硫鋁酸鈣-水泥，任選在添加其它組分的情況下，混合成所述粘結劑。
【文檔編號】C04B7/32GK103889920SQ201280040006
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權日:2011年8月18日
【發(fā)明者】F.布勒雅恩, D.施密特, M.本哈哈, B.巴托格, M.扎雅克 申請人:海德堡水泥公司