本發(fā)明涉及無機膠凝材料技術領域，具體涉及一種高摻工業(yè)廢渣水泥及其制備方法。
背景技術：
水泥是當今重要的建筑材料之一，它是由石灰石、鐵粉和粘土等礦物質原料混合后制成的硅酸鹽熟料，再在熟料中加入膠凝材料經磨細制成的。隨著我國經濟的快速發(fā)展，水泥的需求量成倍增加。據(jù)統(tǒng)計，2016年全國水泥產量達到24.03億噸。
目前人類對自身生存環(huán)境的要求越來越高，生態(tài)文明建設也愈演愈烈。水泥行業(yè)作為處理各種工業(yè)廢渣的前沿產業(yè)，對于工業(yè)廢渣利用起著至關重要的作用。
傳統(tǒng)的水泥熟料采用石灰石、粘土、砂巖、鐵礦石、石膏、螢石、煤等天然礦產資源和能源為原料進行配料煅燒，不僅浪費了大量的天然資源和能源，而且排放大量co2及其它有害氣體，污染環(huán)境嚴重。利用工業(yè)廢渣生產水泥不僅符合保護環(huán)境、降低污染的環(huán)保理念，而且具有變廢為寶、降低工業(yè)廢渣處置和生產成本的積極社會效果。
電石渣為電石法制乙炔的工業(yè)廢渣，數(shù)量逐年增加；鋼渣是煉鋼排出的廢渣；粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物；煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物；爐渣是從工業(yè)和民用鍋爐及其他設備燃煤所排出的廢渣(主要以燃煤火力發(fā)電廠、化肥廠造氣爐及北方地區(qū)民用鍋爐等)；錳渣是煉錳鐵礦排出廢渣；礦渣是礦石經過選礦或冶煉后的殘余物；脫硫石膏是近年來新出現(xiàn)的燃煤鍋爐煙氣脫硫產生的次生固體工業(yè)廢渣。
專利《一種利用電石渣為原料煅燒的水泥熟料》(申請公布號cn104402265a)，公開了利用電石渣、石灰石、粘土、銅渣、工業(yè)廢渣和工業(yè)石膏為原料生產水泥熟料的方法，但電石渣配比僅達到1.03～5.37％，而剩余的石灰質原料石灰石摻比達到了79.93～85.47％，電石渣使用配比小，未能實現(xiàn)100％替代石灰石生產，其余廢渣中僅公開了銅渣和工業(yè)廢石膏，廢渣利用率偏低。專利《電石渣100％替代天然石灰質原料干法生產水泥熟料工藝方法》(申請公布號cn1887765a)，公開了利用電石渣、砂巖、粉煤灰、硫酸渣和水為原料生產水泥熟料的方法，雖然實現(xiàn)了電石渣100％替代天然石灰石質原料生產水泥熟料，但所使用的方法為濕法粉磨原料，濕法工藝煅燒物料，工藝落后，能耗高，耗水量大，產量低，已處于落后淘汰工藝。專利《用電石渣為原料的水泥熟料及其干法生產方法》(申請?zhí)?00510021024.6)，公開了利用電石渣、磷渣、硫鐵渣、磷石膏、粉煤灰、無煙煤生產水泥熟料的方法，盡管廢渣利用較高，也實現(xiàn)了電石渣100％替代石灰石生產，但所使用的機械立窯生產工藝，其已是明令禁止的淘汰技術，產量低、能耗高，而且從所公開的原料可以看出，缺少了硅質矯正原料，實用性受到質疑。專利《利用工業(yè)廢渣生產高強度水泥的工藝》(申請公布號cn104193204b)，公開了生產水泥熟料使用石灰石、石英砂選礦污泥、鐵粉礦選礦污泥、粉煤灰四種原料，生產水泥產品用粉煤灰、煤矸石、水泥熟料、脫硫石膏、礦粉五種原料，但生產熟料的原料使用了石灰石，其資源消耗量大，總體上工業(yè)廢渣利用程度不高。專利《用廢渣代替石灰石配料在水泥窯上煅燒水泥熟料的方法》(申請公開號cn102173606b)，公開了生料配制使用電石泥、金屬鎂渣、雙氰胺渣、石灰渣、煤矸石、煤炭，其中電石泥、石灰渣分別40％±5％和10％±5％，使用量偏低，且缺少了硅質矯正原料，實用性受到質疑。專利《一種廢渣水泥》(申請公布號cn105837148a)，公布了一種廢渣水泥，但未公布此廢渣水泥所用的熟料由工業(yè)廢渣制的，所用混合材品種較少，所用偏高嶺土為不可再生資源。
電石渣、粉煤灰、煤矸石、脫硫石膏等作為大宗工業(yè)廢渣處理中的重要組成部分，雖然目前有很多的研究報道，但目前水泥生產主要存在以下問題：(1)主要采用石灰石作為主要原料，成本較高，而且會造成資源浪費和環(huán)境污染，雖然也有些企業(yè)利用電石渣等工業(yè)廢料生產水泥熟料，但摻入低，能耗較高；(2)使用工業(yè)廢渣生產的熟料強度偏低，質量不穩(wěn)定，不能滿足大型建筑工程使用。(3)在主要采用的原料當中，各種工業(yè)廢渣不能有效配合，廢渣種類較少，廢渣利用量小、品質單一，不能滿足處理要求，導致各類廢渣的利用率不高，推廣應用難度較大。
技術實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高摻工業(yè)廢渣水泥及其制備方法。
本發(fā)明是通過下述技術方案來實現(xiàn)的。
一種高摻工業(yè)廢渣水泥，包括下述質量比的原料：
生料：
輔料：脫硫石膏或脫硫石膏與混合材的混合物；
由上述生料經煅燒為熟料后，按照熟料與輔料比例為(43～99.2)：(0.8～57)摻和；
其中：
混合材0～50份；
脫硫石膏0.8～7份。
進一步，所述粘土質原料為粘土或粘土礦。
進一步，所述硅質矯正原料為硅石或砂巖。
進一步，所述生料水分質量比為：電石渣≤10％，粘土質原料≤10％，硅質矯正原料≤8％，鋼渣≤8％，粉煤灰≤3％，煤矸石≤8％，爐渣≤6％。
進一步，所述混合材由礦渣、錳渣、爐渣、粉煤灰或煤矸石其中的一種或按照質量比礦渣：錳渣：爐渣：粉煤灰：煤矸石＝(0～5):(0～4):(0～4):(0～4):(0～4)混合而成。
進一步，所述脫硫石膏和混合材水分質量比為：脫硫石膏≤30％，礦渣≤15％，錳渣≤15％，爐渣≤6％，粉煤灰≤3％，煤矸石≤8％。
進一步，所述生料中的電石渣、鋼渣、粉煤灰、煤矸石和爐渣以及輔料均為工業(yè)廢渣。
相應地，本發(fā)明給出了一種高摻工業(yè)廢渣水泥的制備方法，包括以下步驟：
①生料制備：將質量比為70～82％的電石渣、2～20％的粘土質原料、2～5％的硅質矯正原料、3～9％的鋼渣、0～15％的粉煤灰、0～10％的煤矸石和0～15％的爐渣各組分原料經過生料粉磨系統(tǒng)粉磨，并進行均化；
②熟料煅燒：將步驟①均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
③水泥制備：在步驟②燒成的熟料中按照質量比為熟料(43～99.2)：(0.8～57)外摻脫硫石膏或熟料+脫硫石膏，其中，脫硫石膏為(0.8～7)份，混合材為(0～50)，進行水泥磨粉而制成水泥。
進一步，步驟②中，煅燒熟料滿足以下指標：
石灰飽和系數(shù)kh＝(0.86～0.95)±0.02，硅酸率sm＝(2.3～2.8)±0.10，鋁氧率im＝(1.3～1.6)±0.1；其中：
石灰飽和系數(shù)：kh＝(cao-1.65al2o3-0.35fe2o3)/2.8sio2；
硅酸率：sm＝sio2/(al2o3+fe2o3)；
鋁氧率：im＝al2o3/fe2o3。
進一步，制備高摻工業(yè)廢渣水泥的細度不大于1.6％，初凝時間不低于105min，終凝時間不大于234min，抗折強度相對于國標控制標準不低于6.8mpa，抗壓強度不低于36.5mpa。
本發(fā)明所述高摻工業(yè)廢渣水泥的生料由石灰質原料、粘土質原料、鐵質校正原料、鋁硅質矯正原料按照比例配比粉磨而成，其中以石灰質原料為主，其余原料以有效成分(包括cao、sio2、fe2o3、al2o3、mgo等)的高低進行調整，最終滿足熟料率值為準。其中，石灰質原料全部為電石渣，鐵質校正原料全部為鋼渣，粘土質原料為粘土或粘土礦，硅質矯正原料為硅石或砂巖，鋁硅質校正原料為粉煤灰、煤矸石、爐渣。其中水泥制備過程中，所用到的脫硫石膏和混合材全部為工業(yè)廢渣。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用電石渣100％替代石灰石生產，利用各種工業(yè)廢渣能夠有效配合，能夠滿足高摻工業(yè)廢渣水泥的制備標準；生產成本較低，能耗較低，本發(fā)明采用的電石渣主要成分為氫氧化鈣，相比于傳統(tǒng)水泥生產線所使用的石灰石，氫氧化鈣分解溫度低，耗熱少。熟料標煤耗在75千克/熟料左右。
并且本發(fā)明制備的水泥避免了工業(yè)廢渣造成資源浪費和環(huán)境污染；所生產的熟料強度高，質量穩(wěn)定，易于推廣應用，完全滿足生產和大型建筑工程使用。
具體實施方式
下面結合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。
本發(fā)明高摻工業(yè)廢渣水泥的制備方法，包括下述步驟：
①生料制備：將質量比為70～82％的電石渣、2～20％的粘土質原料(粘土或粘土礦)、2～5％的硅質矯正原料(硅石或砂巖)、3～9％的鋼渣、0～15％的粉煤灰、0～10％的煤矸石和0～15％的爐渣進行各組分原料經過生料粉磨系統(tǒng)粉磨，并進行均化；
其中，生料水分質量比為：電石渣≤10％，粘土質原料≤10％，硅質矯正原料≤8％，鋼渣≤8％，粉煤灰≤3％，煤矸石≤8％，爐渣≤6％。
②熟料煅燒：將步驟①均化后的生料入窯，采用成熟的新法干法生產工藝煅燒成熟料；
制備高摻工業(yè)廢渣水泥，步驟②中熟料采用以下質量控制指標控制質量(三率值)：石灰飽和系數(shù)kh＝目標值1±0.02，硅酸率sm＝目標值2±0.10，鋁氧率im＝目標值3±0.1；其中目標值1為0.86～0.95，目標值2為2.3～2.8，目標值3為1.3～1.6。
石灰飽和系數(shù)：kh＝(cao-1.65al2o3-0.35fe2o3)/2.8sio2
硅酸率：sm＝sio2/(al2o3+fe2o3)
鋁氧率：im＝al2o3/fe2o3。
③水泥制備：在步驟②燒成的熟料中按照質量比為熟料(43～99.2)：(0.8～57)外摻脫硫石膏或熟料+脫硫石膏，其中，脫硫石膏為(0.8～7)份，混合材為(0～50)，進行水泥磨粉而制成水泥。
其中，所述混合材由礦渣、錳渣、爐渣、粉煤灰或煤矸石其中的一種或按照質量比礦渣：錳渣：爐渣：粉煤灰：煤矸石＝(0～5):(0～4):(0～4):(0～4):(0～4)混合而成。
混合材水分質量比為：脫硫石膏≤30％，礦渣≤15％，錳渣≤15％，爐渣≤6％，粉煤灰≤3％，煤矸石≤8％。
本發(fā)明制備水泥所采用的原料生料中的電石渣、鋼渣、粉煤灰、煤矸石和爐渣，以及輔料均為工業(yè)廢渣。
下面通過具體實施例來進一步說明本發(fā)明。
實施例1:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣74％、鋼渣6.6％、粘土質原料16％、硅質原料3.4％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為99.2份的熟料中外摻質量比為0.8份的脫硫石膏進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例2:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣82％、鋼渣3％、粘土質原料2％、硅質原料3.5％、爐渣9.5％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為51.5份的熟料中外摻質量比為3.5份的脫硫石膏、礦渣45份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例3:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣72％、鋼渣5％、粘土質原料20％、硅質原料2％、煤矸石1％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為85份的熟料中外摻質量比為7份的脫硫石膏、錳渣8份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例4:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣76％、鋼渣9％、粘土質原料3％、硅質原料3.6％、粉煤灰8.4％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為64份的熟料中外摻質量比為0.8份的脫硫石膏、粉煤灰15.2份、爐渣20份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例5:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣70％、鋼渣4％、粘土質原料4％、硅質原料3％、粉煤灰4％、爐渣15％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為79.6份的熟料中外摻質量比為6.4份的脫硫石膏、粉煤灰10份、錳渣4份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例6:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣70％、鋼渣4.5％、粘土質原料10.5％、硅質原料2.5％、粉煤灰2.5％、煤矸石10％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為71份的熟料中外摻質量比為3.4份的脫硫石膏、粉煤灰15.6份、煤矸石10份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例7:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣78％、鋼渣3.5％、粘土質原料8.5％、硅質原料5％、爐渣3％、煤矸石2％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為43份的熟料中外摻質量比為7份的脫硫石膏、礦渣25份、粉煤灰25份進行水泥磨粉而制成水泥。
實施例8:
將所述各組分原料經過配比、粉磨，各組分的質量份數(shù)為：電石渣72％、鋼渣3％、粘土質原料5％、硅質原料3％、粉煤灰15％、爐渣1％、煤矸石1％。
將均化后的生料入窯，采用新型干法生產工藝煅燒成熟料；
在燒成的質量比為48份的熟料中外摻質量比為2份的脫硫石膏、粉煤灰15份、爐渣18份、錳渣17份進行水泥磨粉而制成水泥。
各實施例所制取的熟料，按照《硅酸鹽水泥熟料》(gb/t21372)中的性能檢測如下表1所示：
表1
各實施例所制取的水泥，按照《通用硅酸鹽水泥》(gb175)所提及的性能檢測如下表2所示：
表2
從上述表2可以看出，本發(fā)明制備的高摻工業(yè)廢渣水泥，其細度不大于1.6％，初凝時間不低于105min，終凝時間不大于234min，抗折強度相對于國標控制標準不低于6.8mpa，抗壓強度不低于36.5mpa。由表2可以看出，本發(fā)明所制備的高摻工業(yè)廢渣水泥不僅具有較高的抗折強度和抗壓強度，同時具備優(yōu)異的凝結時間和細度特性，是一種加工性能良好的高摻工業(yè)廢渣水泥。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，在本發(fā)明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據(jù)所公開的技術內容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護范圍內。