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硫铝酸盐水泥的工艺制备硫铝酸盐水泥的工艺制备硫铝酸盐水泥又称第三系列水泥，是中国人发明的唯一的特种水泥品种系列，其根本特征是该系列水泥的熟料以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物。
特种水泥有几十个品种，之所以称硫铝酸盐水泥为第三系列水泥，是因为硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成与传统的硅酸盐水泥和铝酸盐水泥有本质的不同。
硅酸盐水泥熟料以硅酸三钙和硅酸二钙为主要矿物，发明于1824年，时间早且用途最广泛，称为第一系列。
铝酸盐水泥以铝酸钙为主要矿物，发明于1908年，发明时间次之，称为第二系列。
硫铝酸盐水泥发明于1975年，所以称为第三系列。
其他众多品种的特种水泥，都是这三个系列水泥的衍生品种。
硫铝酸盐系列水泥主要包括快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥三个品种。
快硬硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐水泥熟料、5％~15％的硬石膏或二水石膏及不超过15％~35％的石灰石经粉磨制成。
该品种水泥具有早强、快硬、耐化学腐蚀等特点，主要用于水泥制品和工业与民用建筑的混凝土工程。
特别是在抢修、需要抗海水侵蚀和冬期施工工程中，更能体现该品种水泥的优越性。
低碱度硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐数你熟料，5％~20％的硬石膏及15％~35％的石灰石经粉磨制成。
该品种水泥的特点是早强、快硬和低碱度（水化液PH值低于10.5），主要用于玻璃纤维增强水泥制品的生产。
自应力硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐水泥熟料、30％~40％的二水石膏及不超过15％的石灰石经粉磨制成。
该水泥的特点是水化硬化时会产生高膨胀，主要用于生产水泥压力管。
1．生产硫铝酸盐水泥熟料所用的原、燃料生产硫铝酸盐水泥所用的基本原材料是石灰石、铝钒土和石膏，所用的燃料是烟煤。
（1）石灰石石灰石作为钙质原料主要提供硫铝酸盐水泥熟料形成过程中所需要的氧化钙成分。
生产硫铝酸盐水泥熟料所用的石灰石的成分要求一般为：w（CaO）≥50％、w(SiO2) ≤5％、w(MgO) ≤3％.适当成分的碱渣和电石渣也可作为硫铝酸盐水泥的钙质原料使用。
![利用赤泥、铝灰生产高铁硫铝酸盐水泥的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/683a443e6d85ec3a87c24028915f804d2b16876e.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011351993.9(22)申请日 2020.11.26(71)申请人 淄博海慧工程设计咨询有限公司地址 255000 山东省淄博市张店区柳泉路甲45号(72)发明人 焦占忠 张凤炳 赵刚 李勇 韩磊 杨保鑫 焦文帅 焦伟 (74)专利代理机构 青岛发思特专利商标代理有限公司 37212代理人 耿霞(51)Int.Cl.C04B 7/32(2006.01)C04B 7/36(2006.01)(54)发明名称利用赤泥、铝灰生产高铁硫铝酸盐水泥的方法(57)摘要本发明涉及特种水泥技术领域，具体涉及一种利用赤泥、铝灰生产高铁硫铝酸盐水泥的方法。
所述的利用赤泥、铝灰生产高铁硫铝酸盐水泥的方法，包括以下步骤：将电石渣和废硫酸混合反应后烘干，得到含硫酸钙的废渣；将赤泥、二次铝灰、废阴极炭块、含硫酸钙的废渣和/或废石膏混合，采用石灰石作为校正料，研磨，烘干，得到水泥生料，将水泥生料进行煅烧，得到水泥熟料；将改性赤泥、废石膏混合作为混合料A；将改性赤泥、废石膏、石灰石混合作为混合料B；将水泥熟料和混合料A或混合料B混合，研磨，得到高铁硫铝酸盐水泥。
本发明在利用工业固废的同时对废硫酸进行处理利用，生产的高铁硫铝酸盐水泥强度高，无重金属溶出，成本低。
权利要求书1页 说明书7页CN 112408821 A 2021.02.26C N 112408821A1.一种利用赤泥、铝灰生产高铁硫铝酸盐水泥的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)废硫酸预处理：将电石渣和废硫酸混合反应后烘干，得到含硫酸钙的废渣；(2)制备水泥熟料：将赤泥、二次铝灰、废阴极炭块、含硫酸钙的废渣和/或废石膏混合，采用石灰石作为校正料，研磨，烘干，得到水泥生料，将水泥生料进行煅烧，得到水泥熟料，水泥熟料符合以下氧化物重量百分比要求：SiO 2占5～13％，Al 2O 3占20～30％，Fe 2O 3占4～10％，CaO占40～50％，SO 3占5～12％；(3)准备混合料：将改性赤泥、废石膏按质量比10:1～4混合，得到混合料A；将改性赤泥、废石膏、石灰石按质量比10:1～4:1～4混合，得到混合料B；(4)制备水泥：将水泥熟料和混合料A或混合料B按质量比10:1～4混合，研磨，得到高铁硫铝酸盐水泥。
![一种赤泥直接浆液配料生产硫铝酸盐水泥的工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/6784a1918e9951e79a8927db.png)
专利名称：一种赤泥直接浆液配料生产硫铝酸盐水泥的工艺专利类型：发明专利
发明人：王文龙,田伟,朱建平,王鹏,王旭江,席赵青
申请号：CN201110383320.6
申请日：20111126
公开号：CN102515590A
公开日：
20120627
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种利用赤泥直接浆液配料生产硫铝酸盐水泥的工艺，将原浆赤泥加入氧化钙水化，得含碱浆液，将含碱浆液加入脱硫石膏配料，测试浆液成分并用校正物料进行成分校正，使浆液经过压滤、烘干所得的固体物质中CaO质量占43～49％，SiO质量占12～20％，AlO质量占10～22％，FeO质量占10～22％，SO质量占3～12％，且使浆液中碱度系数C在0.921之间，铝硫比P＜3；将配好的浆液进行压滤脱水，压滤后的固体物质经晒干或烘干后进行煅烧制得水泥。
本发明的优势在于完全利用废弃资源作为主要原料，吃废量大，而且可直接省却生料粉磨系统，配料池中即可完成生料均化，压滤后即可用于熟料生产。
申请人：山东大学
地址：250061 山东省济南市历下区经十路17923号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：王立晓
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研究赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料烧成过程及矿物组成研究赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料烧成过程及矿物组成1. 引言赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料是一种重要的水泥材料，广泛应用于建筑和工程领域。
通过研究其烧成过程及矿物组成，可以深入了解其性质和应用潜力。
本文将从深度和广度的角度，对赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料进行评估，并探索其烧成过程和主要矿物组成。
2. 赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的定义和特点赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料是一种由赤泥、铁硫铝酸盐和适量的矿物质组成的水泥材料。
它具有以下特点：2.1. 高强度：赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料具有较高的抗压强度和抗折强度，使其在工程应用中能够承受较大的荷载。
2.2. 耐腐蚀性：由于其独特的化学成分，赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料对酸碱等腐蚀有较好的抵抗能力。
2.3. 提高浇筑性能：赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中的添加物能够改善混凝土的流动性和凝结时间，提高施工的效率。
3. 赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料烧成过程3.1. 前处理：在熟料烧成前，赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料需要进行前处理，包括干燥、筛分和预煅等步骤，以提高其活性和稳定性。
3.2. 煅烧：赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料采用旋转窑进行煅烧。
煅烧过程中，赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中的有机物和水分会逐渐挥发，矿物质发生相应的化学变化。
3.3. 冷却：煅烧后的赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料需要经过冷却处理，使其温度逐渐降低，并稳定其物理和化学性质。
4. 赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成4.1. 赤泥：赤泥是赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中的主要成分之一，其主要成分为高岭石。
高岭石通过煅烧过程中的化学反应，转化为其他矿物质，如Alite（三钙铝酸盐）和Belite（二钙硅酸盐）。
4.2. 铁硫铝酸盐：铁硫铝酸盐是赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中的关键成分，它主要由铝、硅、硫和铁元素组成。
在煅烧过程中，铁硫铝酸盐发生化学反应，生成 C4AF（四钙铁硅酸盐）矿物。
4.3. 矿物质：赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料还包含其他矿物质，如钙矾石、方解石和石膏。
赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料烧成过程及矿物组成研究赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料是一种重要的水泥原料，其烧成过程和矿物组成对于水泥生产具有重要意义。
本文将对赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程和矿物组成进行研究。
一、烧成过程赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程是一个复杂的化学反应过程。
在烧成过程中，熟料中的主要矿物质发生了一系列的化学反应，形成了新的矿物质。
烧成过程中的主要反应包括：1. 碳酸钙分解反应CaCO3 → CaO + CO22. 硅酸盐矿物质的热分解反应2CaO·SiO2 + 3CaCO3 → 3CaO·SiO2 + 3CO2 +2CaO·Al2O3·Fe2O33. 铝酸盐矿物质的热分解反应2CaO·Al2O3 + 9CaCO3 → 3CaO·Al2O3 + 3CO2 + 4CaO·SiO2 +2CaSO44. 硫酸盐矿物质的热分解反应CaSO4·2H2O → CaSO4 + 2H2O在烧成过程中，温度、氧气含量、热传递等因素对反应速率和反应产物的形成有着重要的影响。
因此，烧成过程需要严格控制温度、氧气含量和热传递等因素，以保证熟料的质量和稳定性。
二、矿物组成赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成主要包括以下几种：1. 硅酸盐矿物质硅酸盐矿物质是熟料中的主要矿物质，包括三种主要的矿物质：方解石、石英和榴石。
其中，方解石是最主要的矿物质，占熟料总量的60%以上。
石英和榴石的含量较少，分别占熟料总量的10%左右。
2. 铝酸盐矿物质铝酸盐矿物质是熟料中的次要矿物质，包括两种主要的矿物质：方铝石和钙铝石。
其中，方铝石的含量较高，占熟料总量的10%左右，钙铝石的含量较少，占熟料总量的1%左右。
3. 硫酸盐矿物质硫酸盐矿物质是熟料中的次要矿物质，包括两种主要的矿物质：石膏和硫铝酸钙。
其中，石膏的含量较高，占熟料总量的10%左右，硫铝酸钙的含量较少，占熟料总量的1%左右。
赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料烧成过程及矿物组成研究一、赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的定义赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料是一种常用的水泥熟料，它具有良好的性能和广泛的应用前景。
赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料以含铝硅酸盐（C-A-S-H）凝胶、矿物晶体以及被其包围的水泥熟料基质构成。
了解赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的熟化过程以及矿物组成对于深入理解其性能和应用具有重要意义。
二、赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程1. 原料准备在赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程中，需要准备适当的原料。
这些原料通常包括石灰石、黏土、铁矿石等。
2. 原料混合将石灰石、黏土、铁矿石等原料按照一定的比例进行混合。
在混合的过程中，需要严格控制各原料的比例，以确保最终得到理想的矿物组成。
3. 矿石的破碎和粉磨经过原料混合后，需要将混合后的原料进行破碎和粉磨。
这样可以增加原料的表面积，提高反应速率，有利于烧结过程的进行。
4. 原料的预热将破碎和粉磨后的原料进行预热处理。
预热可以减少燃料的消耗，提高烧结的效果。
5. 熟料的烧结经过预热处理的原料会被送入回转窑或立窑等设备进行烧结。
在烧结的过程中，原料会在高温下发生化学反应，形成各种熟料矿物相。
6. 熟料的冷却经过烧结后的熟料需要进行冷却处理。
冷却过程中，熟料会逐渐降温并固化，形成可用于生产水泥的熟料。
三、赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成对于其性能和应用具有重要影响。
主要的矿物组分如下：1. 硅酸盐矿物在赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中，硅酸盐矿物是最主要的矿物相。
它们包括四氧化三钙(C4A)、四氧化二铝(C4AF)等。
这些矿物在水泥熟料的烧结过程中起到了重要的胶凝作用。
2. 铝酸盐矿物铝酸盐矿物是赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中的另一主要组分。
常见的铝酸盐矿物有三氧化二铝(C3A)、钙镁铝榴石(C3AH6)等。
这些矿物对水泥熟料的早期强度发展起重要作用。
3. 铁酸盐矿物赤泥铁硫铝酸盐水泥熟料中还包含少量的铁酸盐矿物，如三氧化二铁(C2F)、三氧化地铁(C2FA-F)等。
摘要硫铝酸盐水泥具有快硬、早强、抗冻、抗渗、耐蚀、低碱性等优良特性，广泛应用于建筑工程、水泥制品、紧急抢修、防渗工程等方面。
在研究影响水泥性能的方面，水化硬化是两个重要的影响因素，同时粉煤灰和矿渣是水泥基材料中最常用的矿物掺合料。
本文结合颗粒的紧密堆积理论和最小二乘法原理，研究了矿渣和粉煤灰的掺入对水泥浆体力学性能、微观结构的影响。
研究结果表明：掺入矿渣和粉煤灰可以改善水泥基材料的颗粒级配，使水泥基材料具有较好的堆积密度，同时可以改善硬化水泥浆体的孔结构，增加硬化浆体的致密度，提高硬化浆体的强度。
当在硫铝酸盐水泥中同时掺入3.9%的粉煤灰和2.7% 2500目的矿渣时，硬化浆体结构较为致密，抗折、抗压强度较高。
关键词：硫铝酸盐水泥；粉煤灰；矿渣；紧密堆积理论；最小二乘法原理ABSTRACTsulphoaluminate cement with properties of high early strength, high strength, high impermeability, high frost resistance, anti-corrosion, lower alkalinity and so on, widely used in construction engineering, cement products, emergency repair, seepage control projects,etc. The study of influence of cement performance, hydration and harden are two important influence factors. Fly ash and slag are the most commonly used mineral admixtures in cement. This paper take packing density theory and the least square method into consideration, the influence of fly ash and slag mixed in cement on physical properties and microstructure is studied. The results show that adding slag and fly ash can improve grain composition of cement base material, make cement base material has good packing density, also can improve pore structure, density, and strength of hardening cement paste. The optimum additions of slag powder in mesh of 2500 and fly ash are 3.9% and 2.7%Keywords：Sulphoaluminate cement; Fly ash; Slag; Mechanical properties; Packing density theory;Least square method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1选题的目的和意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 硫铝酸盐水泥的研究现状 (2)1.2.2 矿物掺合料的研究现状 (4)1.3本课题主要研究内容 (8)2 实验原料、设备及试验方法 (9)2.1 实验原料 (9)2.2 原料性能 (10)2.3 试验设备 (10)2.4 实验具体内容 (11)2.5预期实验结果 (11)2.6 试验方法 (11)2.6.1基本性能测试 (11)2.6.2 分析 (13)2.7 本章小结 (13)3 相关系数D值的计算 (14)3.1 粉体颗粒体积百分含量计算 (14)3.2 相对系数D值的计算 (14)3.3 最紧密堆积原理 (15)3.4 相对系数D值的选择 (15)3.5 本章小结 (19)4 矿物掺合料的掺入对硫铝酸盐水泥性能的影响 (20)4.1 粉煤灰和矿渣的掺量 (20)4.2 抗折强度分析 (20)4.3 抗压强度分析 (22)4.4 水化产物XRD分析 (24)4.5水化产物SEM分析 (25)4.6 本章小结 (26)5 结论 (27)参考文献 (28)致谢 ............................................................................................. 错误！未定义书签。
赤泥制备硫铝酸盐水泥熟料的物相组成及水化性能赵宏伟1,李金洪1,刘 辉2(11中国地质大学矿物材料国家专业实验室,北京 100083;21山东铝业股份有限公司,山东淄博 255052) 摘 要:以赤泥为主要原料,经配方设计,在1300℃条件下烧制硫铝酸盐水泥熟料。
运用X 粉晶衍射(XRD )和扫描电镜(SEM )等手段,对水泥熟料形成历程、水化产物进行分析。
结果表明,水泥熟料有较好的易烧性,熟料主要矿物发育良好。
水化产物以花瓣状或片状的AFm 、短柱状的AFt 及C 2S 2H 等胶体为主,浆体结构致密。
水泥净浆试块强度测试结果表明,1d ,3d ,28d 龄期的抗压强度分别为42MPa ,50MPa ,65MPa ,抗折强度分别为810MPa ,815MPa ,1215MPa ,早期强度较高且增进稳定。
关键词:环境工程;赤泥;水泥熟料;硫铝酸盐中图分类号:X758;TQ17217;TF821 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2006)04-0119-05收稿日期:2006-05-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(40602008);矿物材料国家专业实验室基金项目(A05005)作者简介:赵宏伟(1983-),男,陕西眉县人,助教,主要从事非金属矿物材料等方面的研究。
赤泥是工业氧化铝生产中排放的高碱性泥浆(p H 10～1215),化学成分极其复杂,属于工业有害废渣[1]。
每生产1t 氧化铝约排放110～116t 赤泥,全世界每年赤泥排放量约为6600万t [1-2],我国赤泥年排放量高达300万t ,当前赤泥的利用率仅为15%左右[3]。
因此,赤泥的治理与综合利用问题已引起国内外普遍关注,是目前铝工业急需解决的重要课题之一。
近年来,赤泥用于水泥、混凝土方面的研究,获得了较好的成果[4-9],但因赤泥的含碱R 2O (即Na 2O +K 2O )较高(一般在215%～310%),不能直接大量作为烧制普通硅酸盐水泥熟料的原料,大部分是作为水泥或混凝土等胶凝材料的性能调节型辅助胶凝组分掺杂。
据文献的研究,与硅酸盐水泥相比,碱对硫铝酸盐水泥的影响要小,可以利用高碱原料或工业废渣生产硫铝酸盐水泥[10]。
ManeshSingh 等人曾经做过赤泥烧制硫铝酸盐水泥的尝试[1-2,11]。
在已有研究的基础上,探索利用赤泥直接作为原料,制备硫铝酸盐水泥,获得了较好的性能,使赤泥的直接利用率可提高到40%左右。
1 实验方法111 试验原料试验用赤泥为山东铝业公司烧结法生产氧化铝冶炼过程中排出堆放的陈赤泥,呈棕黄色板结块状,经105℃充分干燥,粉磨过74μm 筛密封备用。
石灰石取自北京市门头沟区军庄镇石灰石矿山,矾土由首钢耐火材料厂提供。
赤泥、石灰石、矾土的化学成分见表1。
硫酸钙由北京化学试剂厂生产,为分析纯。
力学性能测试对比试验采用425标号的锏牌快硬硫铝酸盐水泥,由北京赛阳特种水泥公司生产。
表1 原料的化学组成(w i /%)Table 1 Chemical composition of raw materials 原料CaO SiO 2Fe 2O 3/FeOAl 2O 3MgO Na 2O 石灰石5315221820101012201470102赤 泥351141811413133714211322123矾 土0111211411159215301050106原料K 2O P 2O 5TiO 2MnO Loss Total 石灰石010*********<010143108100132赤 泥01460123313501051718799157矾 土010601193176<01010120100125112 配料设计及试样制备赤泥中铁含量较高,拟设计该硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物为C 4A 3 S (C 代表CaO ,A 代表Al 2O 3, S 代表SO 3,S 代表SiO 2,下同)、C 2S (S 代表SiO 2,下同)和C 4AF (F 代表Fe 2O 3,下同),设计熟料的矿物组成及原料配比见表2,化学组成见表3。
表2 设计熟料的矿物组成与原料配比(w i /%)Table 2 Mineral composition of designed clinker and raw materials 试样编号设计矿物组成C 4A 3 S C 2S C 4AF原料配比赤泥石灰石矾土硫酸钙Z 2160241640134261422219810126Z 225630143713930149221719141Z 235236123410234173221438182Z 244842103016039114221108116Z 25444882618943189211767146第58卷 第4期2006年11月 有 色 金 属Nonferrous Metals Vol 158,No 14 November 2006 按表2原料组成配料,在震动磨中粉磨,制得粉体(74μm筛余小于8%),置于钢模,在60MPa下干压成型,制成<60mm×15mm的圆柱体,放入快速升温炉中,于1300℃煅烧,保温40min,迅速取出,鼓风急冷至室温。
煅烧熟料再次粉磨至74μm,熟料中不掺加石膏等外加剂,即制得纯熟料硫铝酸盐水泥。
表3 设计熟料的化学组成(w i/%) Table3 Chemical composition of designed clinker试样CaO Al2O3SiO2SO3Fe2O3/FeOMgO TiO2Na2O K2O P2O5Z214010530181101845189711501852181111701270118 Z224116730153101415161617201832171110101260117 Z23431413013391915132612301802158110101250116 Z24451283010491395101517201792146019201220116 Z25471382917681814165511401762132018301210115113 性能测试(1)物相分析。
XRD分析采用Philips X,Pert,电压40kV,电流40mA,Cu靶。
对原料赤泥和1300℃煅烧的部分熟料试样做了XRD分析,对水泥水化性能较好的Z22配方1d,3d和28d龄期试样做了XRD分析。
(2)SEM分析。
熟料用J SM26700F型扫描电子显微镜观察。
水化形貌用FEI Quanta200F型场发射扫描电子显微镜,在低真空100100Pa条件下对Z22试样1d,3d和28d龄期水化形貌做了二次电子的微区观察。
(3)水泥熟料水化物理性能测试。
各配方试样按W/C=0135加水,抗压试样制成20mm×20mm ×20mm净浆试体,抗折试样为10mm×10mm×40mm,于标准养护箱(温度20℃±015℃,相对湿度95%左右)中养护至1d,3d,7d,28d各龄期,测其抗压、抗折强度。
2 试验结果与讨论211 水泥熟料矿物的形成赤泥对熟料物相形成的影响。
为了研究不同掺量的赤泥在硫铝酸盐水泥合成过程中和其他原料发生相应的固相反应,确定熟料矿相的形成历程和类别,对原料赤泥及部分配方Z21～Z23试样熟料做了XRD分析,见图1和图2。
结果表明,赤泥中结晶态物质主要为方解石、霰石、β2C2S等及一些非晶态的硅铝酸盐胶体如C2S2H等。
赤泥中的方解石和霰石的化学组成均为碳酸钙,但晶体结构不同,都在600℃以上分解为CaO和CO2,其中CaO参与硫铝酸盐水泥中C2S、C4A3 S及C4AF的形成。
赤泥中的β2C2S成分具有良好的胶凝性,也是硫铝酸盐水泥中的主要组成矿物之一,赤泥中的一些非晶态的硅铝酸盐胶体,在700℃左右开始分解为β2C2S[12]及铝酸钙(CA)等,其中铝酸钙参与C4A3S的形成。
赤泥中的其他成分如Fe2O3等,在硫铝酸盐水泥熟料中形成铁相,主要以C4AF为主。
图1 赤泥XR D图Fig11 XRD patterns of red mud图2熟料XRD图谱表明,熟料主要形成矿物为C4A3 S,C2S,C12A7和C4AF等。
C4A3 S在各熟料矿物中衍射峰强度最高且尖锐,表明其在硫铝酸盐水泥熟料体系相对含量最高或结晶程度最好,其X衍射特征值为d(422)=013760nm,d(444)=012650nm, d(066)=012166nm。
图3SEM观察C4A3 S矿物呈聚集状、晶粒发育相对细小、菱形状,晶粒尺寸约在015μm～1μm之间。
C2S的衍射峰强度也较高,C3S 的衍射峰多与C2S重叠,可能在1300℃较低温度下其结晶程度不如C2S。
铁相在各试样熟料中以C4AF和C6A2F形式存在,且衍射峰强度变化较小,这与熟料矿物设计也基本一致。
熟料中XRD分析很难检测出CaSO4和f2CaO的衍射峰,表明其已完全转化生成C4A3 S,C2S等熟料矿物,熟料的易烧性能良好。
C2AS,2C2S・CS等过渡相矿物也未发现,表明熟料烧制工艺控制较好。
C12A7是硫铝酸盐水泥体系中一种快硬性胶凝矿物,但含量过高则会产生急凝现象,各熟料中C12021有 色 金 属 第58卷图2 水泥熟料XR D 图Fig 12 XRD patterns of cement clinker sam plesA 7矿物衍射峰较明显,这可能是由于赤泥中Na 2O和K 2O 含量较高,作为强碱对SO 3有非常强的结合能力,形成碱的硫酸盐,使生成C 4A 3 S 的SO 3量减少,从而相对过剩的Al 2O 3,使熟料中有C 12A 7存留,还需进一步研究。
以赤泥为主要原料与铝矾土、石灰石、石膏等原料制备硫铝酸盐水泥,熟料矿物的形成历程及主要化学反应如下:600℃～900℃,CaCO 3→CaO +CO 2;图3 水泥熟料SEM 形貌(+1C 4A 3S)Fig 13 SEM photos of cement clinker (+1C 4A 3S )700℃,C 2S 开始形成,C 2S 2H →β2C 2S +H 2O ,SiO 2+2CaO →2CaO ・SiO 2(C 2S );800℃～1350℃,C 4A 3S 形成,CaO +Al 2O 3→CaO ・Al 2O 3(CA ),12CaO +7Al 2O 3→12CaO ・7Al 2O 3(C12A 7),2CaO +A 2O 3+SiO 2→2CaO ・A 2O 3・SiO 2(C 2AS ),C 2AS →C 2S +CA ,3CA +CaSO 4→C 4A 3 S ;1000℃～1350℃,铁相形成,2CaO +Fe 2O 3→2CaO ・Fe 2O 3,2(2CaO ・Fe 2O 3)+CA +CaO →6CaO ・2O 3・Fe 2O 3,6CaO ・Al 2O 3・Fe 2O 3+CA +CaO →2(4CaO ・Al 2O 3・Fe 2O 3);1300℃,C 3S 开始结晶,C 2S +CaO →C 3S 。
