一种低碳水泥及其制备与应用

本发明涉及固废资源利用，尤其是涉及一种低碳水泥及其制备与应用。

背景技术：

1、固硫灰作为循环流化床燃煤的工业副产物，其产生过程使其富含so3、游离氧化钙(f-cao)和玻璃体等，全年的排放量超过1.6亿吨，堆存量巨大，亟待解决。目前固硫灰处理手段主要用作为农业肥料，填充废坑井等，此外在建筑材料领域常用作混凝土惰性掺合料，制备砖体或膨胀剂等，但利用率以及利用效果较差，并且会因体积膨胀而造成混凝土开裂。

2、水泥作为当今用量最大的建筑材料之一，在其生产和利用阶段会产生较高的能源消耗，并且温室气体排放量较高。其中硫铝酸盐系水泥是一种以硅酸二钙(β-c2s)和硫铝酸钙为主要矿物的低温烧制的水泥，相较于普通硅酸盐水泥，由于其熟料矿物组成中不含c3s，因此其煅烧温度相对较低(1300℃-1350℃)，可以减少熟料烧制过程中的窑炉能耗，达到低co2排放，节能生产的目的。并且由于矿物等水化特性作用使得硫铝酸盐水泥具备早强、快硬、抗冻融等优良特性。传统制备硫铝酸钙水泥的主要原料多采用铝矾土，石灰石，石膏等，特别的是对铝矾土需求量较大，且对其品质要求较高，因此普通硫铝酸钙水泥制备成本相对偏高，目前大多作为特种水泥使用。

3、当前，在“双碳战略”的背景下，低碳水泥生产和固废资源高值化利用均面临新的挑战和重大机遇。水泥低碳生产利用固废资源的技术开发，工业固废利用与低碳水泥生产之间具有紧密相关性，如何科学合理利用好固废资源是推进水泥碳减排工作的关键内容。因此需在如何降低水泥制备成本，例如能否选用更低成本的固体废弃物代替高要求原料，进一步降低煅烧温度等方面攻克难题，同时需解决固硫灰大量堆存的问题，拓宽其在土木工程材料中的应用，从而能在低碳水泥生产和固废资源高值化利用之间实现高效的协同作用。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种低碳水泥及其制备与应用。本发明提供的低碳水泥硬化速度快，前期强度较高，后期强度稳定，且制备工艺简单，可满足不同应用需求，同时促进固硫灰在建筑材料领域的固废资源化利用，并且实现低碳水泥生产，从而实现良好的环境以及经济效益。

2、本发明将固硫灰、氧化铝、无水石膏、碳酸钙和二氧化硅之间以质量比15％-50％：10％-30％：3％-40％：20％-60％：0％-10％进行混匀，进一步将其压制成块得到试块；然后将试块煅烧得到熟料，最后在熟料内掺石膏得到性能优良的低碳水泥。本发明可大幅度提高工业固废固硫灰的利用率，并且可以减少熟料烧成过程中的能耗，达到co2低排放、节能生产的目的。本发明制备的低碳水泥硬化速度快，早期强度高且后期强度保持稳定增长。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

4、本发明的第一个目的是提供一种低碳水泥的制备方法，包括以下步骤：

5、(s1)生料制备：将固硫灰及校正原料混匀得到水泥生料，进一步将水泥生料压制成块，后处理得到试块；

6、(s2)熟料煅烧：将步骤(s1)制备得到的试块进行煅烧，后处理得到熟料；

7、(s3)低碳水泥制备：将步骤(s2)制备得到的熟料内掺石膏，后处理得到低碳水泥；

8、其中，步骤(s1)中，所述校正原料为氧化铝、无水石膏、碳酸钙和二氧化硅的混合物；

9、熟料中含硫铝酸钙硅酸二钙(c2s)：30％-40％，铁铝酸钙(c4af)：10％-20％。

10、在本发明的一个实施方式中，步骤(s1)中，固硫灰、氧化铝、无水石膏、碳酸钙和二氧化硅之间的质量比为15％-50％：10％-30％：3％-40％：20％-60％：0％-10％。

11、在本发明的一个实施方式中，步骤(s1)中，混匀过程为搅拌后球磨；

12、球磨为干法翻转球磨，球磨时间为8h-15h。

13、在本发明的一个实施方式中，步骤(s1)中，压制过程中，压力为6mpa-15 mpa，保压时间为10s-30s。

14、在本发明的一个实施方式中，步骤(s1)中，所述后处理为烘干处理；

15、烘干过程中，温度为60℃-120℃，时间为3h-12h。

16、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，煅烧过程中，温度为1200℃-1250℃，时间为40min-60min。

17、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，所述后处理为将其风冷至室温。

18、在本发明的一个实施方式中，步骤(s3)中，所述石膏为无水石膏，无水石膏的掺入量为熟料质量的5％-10％。

19、在本发明的一个实施方式中，步骤(s3)中，所述后处理为球磨后过筛；

20、球磨至熟料与无水石膏的比表面积为300m2/kg～400m2/kg，粉体通过200目筛的筛余量≤10％。

21、本发明的第二个目的是提供一种通过上述方法制备得到的低碳水泥。

22、本发明的第三个目的是提供一种低碳水泥在低碳水泥生产和固硫灰高值化利用中的应用，所述低碳水泥作为绿色低碳土木工程材料。

23、在本发明的一个实施方式中，所述低碳水泥能够提高工业固废利用率，低碳排放，节能生产，具有出色的建筑材料强度。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、(1)本发明的低碳水泥材料制备工艺简单、稳定性好，可满足不同应用的需求，适合工业化生产。

26、(2)本发明的低温煅烧制备低碳水泥的方法降低了能耗，通过合适的配比及工艺改善水泥的性能，实现了在低温煅烧下制备性能优良的低碳水泥的可能性。

27、(3)本发明是直接利用固硫灰中含有的cao、sio2、al2o3和so3等，并加以一定量的校正原料，所以原料不需要改性或者其他处理，节约处理成本的同时提高的原料的利用率，大大降低了前期成本，同时解决了工业废渣造成的环境问题，另一方面由于固硫灰中含有一定量的含铁化合物，可作为助烧剂作用，能够降低水泥的煅烧温度，进而使得水泥烧结的能耗降低，因此本发明是一种低碳、绿色的低碳水泥制备方法。

28、(4)本发明提供的低碳水泥的制备方法促进固硫灰在建筑材料领域的固废资源化利用，并且实现低碳水泥生产，从而实现良好的环境以及经济效益。

技术特征：

1.一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s1)中，固硫灰、氧化铝、无水石膏、碳酸钙和二氧化硅之间的质量比为15％-50％：10％-30％：3％-40％：20％-60％：0％-10％。

3.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s1)中，混匀过程为搅拌后球磨；

4.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s1)中，压制过程中，压力为6mpa-15 mpa，保压时间为10s-30s。

5.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s1)中，所述后处理为烘干处理；

6.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s2)中，煅烧过程中，温度为1200℃-1250℃，时间为40min-60min。

7.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s3)中，所述石膏为无水石膏，无水石膏的掺入量为熟料质量的5％-10％。

8.根据权利要求1所述的一种低碳水泥的制备方法，其特征在于，步骤(s3)中，所述后处理为球磨后过筛；

9.一种通过权利要求1-8任一所述方法制备得到的低碳水泥。

10.一种如权利要求9所述的低碳水泥在低碳水泥生产和固硫灰高值化利用中的应用，其特征在于，所述低碳水泥作为绿色低碳土木工程材料。

技术总结
本发明涉及固废资源利用技术领域，尤其是涉及一种低碳水泥及其制备与应用。本发明将固硫灰、氧化铝、无水石膏、碳酸钙和二氧化硅之间以质量比15％‑50％：10％‑30％：3％‑40％：20％‑60％：0％‑10％进行混匀，进一步将其压制成块得到试块；然后在较低温度下将试块煅烧得到熟料，最后在熟料内掺石膏得到性能优良的低碳水泥。本发明可大幅度提高工业固废固硫灰的利用率，并且可以减少熟料烧成过程中的能耗，达到CO<subgt;2</subgt;低排放、节能生产的目的。本发明制备的低碳水泥硬化速度快，早期强度高且后期强度保持稳定增长。

技术研发人员：姚武,刘玉洁,罗宇
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13