專利名稱：從煤灰提氧化鋁同時(shí)生成β-C₂S及含鎂膠凝材料法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，尤其涉及一種從上述方法中同時(shí)生成β-C2S含鎂膠凝材料的方法。以用于提高水泥標(biāo)號(hào)并用于農(nóng)田，提高糧食產(chǎn)量。

背景技術(shù)：
我國粉煤灰排量與日俱增，目前每年已超過6億噸，為了保護(hù)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，防治大氣變暖，造福人民，綜合利用煤灰是當(dāng)務(wù)之急。從粉煤灰提了氧化鋁，國外報(bào)導(dǎo)，主要工藝為燒結(jié)法和氯化法，波蘭采用石灰石燒結(jié)法，從粉煤灰中提了氧化鋁，殘?jiān)a(chǎn)普通硅酸鹽水泥。燒結(jié)溫度為1300℃，熟料采用自粉化法，以解決熟料粉磨及溶出率問題但如生成硅酸鈉，則需增設(shè)脫硅工藝。美國衣阿華州立大學(xué)化學(xué)工程系及AMES實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過數(shù)年努力，于1984年發(fā)表了石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁，殘?jiān)a(chǎn)水泥的報(bào)告，其方法仍為高溫?zé)Y(jié)，并需脫硅工藝，但氧化鋁的回收率從50％提高到80％。1980年安徽省電力局委托冶金研究所，采用石灰石燒結(jié)法，對(duì)安徽田家庵發(fā)電廠粉煤灰進(jìn)行了試驗(yàn)，燒結(jié)溫度1380℃，氧化鋁溶出率為77-90％，仍需脫硅工藝。綜上所述，國內(nèi)外的已知方法的問題在于制取氧化鋁的燒結(jié)溫度高，難于粉磨，溶出率低，又均需脫硅。
本發(fā)明人曾在92年申請(qǐng)了一個(gè)從煤灰提氧化鋁同時(shí)生成β-C2S膠凝材料的方法，雖然是用石灰低溫?zé)Y(jié)，取消了脫硅工序，同時(shí)殘?jiān)?jīng)低溫煅燒脫水可生成粒經(jīng)小，并能直接使用的β-C2S膠凝材料。但此方法僅僅局限于水泥混凝土，使用范圍還不夠廣，效果也沒達(dá)到予期值，還沒有延伸到更廣的領(lǐng)域。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種從煤灰提取氧化鋁的同時(shí)生成β-C2S及含鎂膠凝材料法，不僅用于水泥混凝土還可用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。本發(fā)明主要?jiǎng)?chuàng)新之處是改變了原來的配比、配方，增加了適量的氧化鎂組份。氧化鎂也屬于膠材料范圍。并保持了原有的水、熱工藝制度和原產(chǎn)品的優(yōu)良性能。使提取氧化鋁后的剩余物是以β-C2S為主的含鎂膠凝材料，這就符合了硅鈣肥料的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)大了其使用范圍和效果，進(jìn)入了農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。試驗(yàn)表明，在中性和酸性土壤中，本科農(nóng)作物增產(chǎn)10％，莖桿較壯，可多吸收空氣中的CO2，在水稻田中可以減排甲烷氣對(duì)減排和吸收溫室氣體，能做出特殊貢獻(xiàn)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本文所用的化學(xué)分子式代號(hào)為 C-CaO S-SiO2M-MgO A-Al2O3H-H2O 如C12A2＝12Cao·7Al2O3 C3AH6＝3Cao·Al2O3·6H2O 本發(fā)明是由兩部分組成 一、從粉煤灰中提取氧化鋁的熟料制取方法 1、工藝流程以粉煤灰為原料，與含氧化鎂或外加白云石質(zhì)石灰，使石灰的氧化鎂含量為5-6.5％，與活性滲料混合加水成型，進(jìn)行常蒸壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的低溫液相反應(yīng)，使石灰和原料中的硅、鋁充分反應(yīng)，生成C3AH6和C2SH2、M2SH2的物料低溫煅燒脫水(包括結(jié)晶水)后成含有C12A7、CA和β-C2S、MrS的熟料，再用純堿溶液提氧化鋁。其殘?jiān)娓珊鬄榛钚缘摩?C2S及MrS膠凝材料。
2、成分配比粉煤灰石與石灰的配比，按照其化學(xué)成分中的C(氧化鈣)、M(氧化鎂)、S(二氧化硅)、A(三氧化二鋁)的總和重量比計(jì)算。
C/A＝0.9-1.0C/S＝1.6-1.8M/S＝2 3、蒸養(yǎng)為常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)100℃，低溫煅燒，煅燒溫度為700℃-900℃，蒸養(yǎng)與煅燒時(shí)間視塊體大小，密實(shí)度的高低，化學(xué)反應(yīng)程度而定，要求是全部反應(yīng)化合，蒸養(yǎng)時(shí)間為6-12小時(shí)，控制煅燒時(shí)間為1-4小時(shí)。
4、活性摻料的作用主要是提高反應(yīng)率，一種是加快結(jié)晶的摻料，用量為2-5％，即硅鋁酸鹽碎塊，一種是電解質(zhì)摻料，用量為0.2-1.5％，有Na2CO3、NaOH、Na2SO4、NaCl等四種電解質(zhì)。
本發(fā)明在化學(xué)反應(yīng)上改變了傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)固相反應(yīng)為常壓蒸養(yǎng)的液相反應(yīng)，生成C3AH6和C2SH2、M2SHr。
5、本發(fā)明達(dá)到的指標(biāo) a、溶出率82-92％； b、產(chǎn)品純度其雜質(zhì)含量SiO2小于0.03％；Fe2O3小于0.03％，符合國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)品的要求。
c、蒸養(yǎng)時(shí)，石灰的配比，以不生成CSH(B)和蒸養(yǎng)后少存在f-CaO為原則，以確保β-C2S含鎂膠凝材料的純度。
d、低溫煅燒后，CA中的Al2O3占總A量的35-40％，C12A7中的Al2O3占總A量的60-65％。
二、活性β-C2S膠凝材料的制取方法 熟料中的C12A7，經(jīng)純堿溶液溶出A，而β-C2S則逐漸水化為C2SH2，M2S則經(jīng)過逐漸水化成M2SH，經(jīng)過700-900℃煅燒，又恢復(fù)成為活性β-C2S及M2S的膠凝材料。其技術(shù)牲不同于普通硅酸鹽水泥中的β-C2S。
1、活性β-C2S含量為75-85％； 2、平均粒徑6微米以下； 3、容重為0.55g/cm3； 4、礦物為絨球狀無定型晶體，水化速度快。
5、檸檬酸溶解性mg0含量大于1％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 本發(fā)明生成的活性膠凝材料，能提高水泥強(qiáng)度，改善粒徑級(jí)配。替代15％的水泥時(shí)/28天可提高原水泥的抗壓強(qiáng)度10-20Mpa，對(duì)改善和穩(wěn)定水泥廠的水泥標(biāo)號(hào)，效果尤其明顯。此種方法采用常壓蒸養(yǎng)，低溫煅燒，脫結(jié)晶水工藝，使石灰與粉煤灰充分反應(yīng)，硅、鋁全部化合，溶出率和回收率高，不需脫硅，純高度的氧化鋁。同時(shí)殘?jiān)?jīng)低溫煅燒脫水，可生成粒徑小，用途廣，并能直接使用β-C2S含鎂膠凝材料。
應(yīng)用到農(nóng)田35-75kg/畝，可提高糧食產(chǎn)量10％，特別是中性或酸性土質(zhì)，農(nóng)作物莖葉較狀，多吸收CO2。用于水稻田，除增產(chǎn)外，還能抑制甲烷菌，減少甲烷生成量80-82％，可防治全球大氣變暖。
用于農(nóng)業(yè)的原理為 硅在植物體內(nèi)，特別是禾本科作物的莖杜中，廣泛地存在，如水稻植株中二氧化硅的含量高達(dá)10％-20％，硅素沉積莖葉的表皮組織，形成硅化細(xì)胞，構(gòu)成強(qiáng)健植株，增強(qiáng)對(duì)病蟲的搞性，控制葉面水份的蒸發(fā)。
鎂是植物葉綠素的中心離子，植物的光合作用(吸收空氣中的CO2，排出O2氣)全靠葉綠素進(jìn)行，葉綠素是個(gè)化工廠，葉綠素對(duì)太陽能的轉(zhuǎn)化率為100％，干燥的植物，其碳?xì)浔葹?∶1，這是葉綠素的作用。氫來源于植物根部吸收的水。缺鎂的土壤、植物枯黃，富含鎂的土壤莖葉茂盛。
鈣可以促進(jìn)土壤中固完磷的轉(zhuǎn)化，從而為植株吸收。在水稻田中鈣、鎂為堿性，可以中和水中的有機(jī)酸，有機(jī)酸是甲烷菌的食物、營養(yǎng)源，這就切斷了甲烷菌的食物鏈，抑制了甲烷菌的生存，抑制率為80-82％。在水稻田中，甲烷氣是由甲烷菌排出的，夏天水稻田中冒泡，就甲烷氣。
β-C2S含鎂膠凝材料為膠凝物質(zhì)，在土壤的水中，很易逐漸水解、離解成鈣離子、鎂離子、硅酸和硅酸根離子被農(nóng)作物吸收。
本項(xiàng)目，根據(jù)測土配方施加一定量的氮、磷、鉀還可制成混合肥。
本項(xiàng)目除含原專利優(yōu)勢外，對(duì)糧食增產(chǎn)，、防治溫室氣體、減緩全球大氣變暖具有現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。
權(quán)利要求
一種從煤灰提氧化鋁同時(shí)生成β-C2S及含鎂膠凝材料法，其特征在于本方法包括兩部分
本文中所用的化學(xué)分子式代號(hào)為
C-CaO S-S M-MgoA-Al2O3 H-H2O
如C12A7＝12CaO·7Al2O3C3AH6＝3CaO·7Al2O3·6H2O
從粉煤灰中提取氧化鋁的熟料制取方法
工藝流程以粉煤灰為原料，與含氧化鎂或外加白云石質(zhì)石灰，使石灰的氧化鎂含量為5-6.5％，與活性滲透料混合加水成型，進(jìn)行常蒸壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的低溫液相反應(yīng)，使石灰和原料中的硅、鋁充分反應(yīng)，生成C3AH6和C2SH2、M2SH2的物料，經(jīng)低溫煅燒脫水，其中包括結(jié)晶水，后成含有C12A7、CA和β-C2S、MrS的熟料，再用純堿溶液提氧化鋁，其殘?jiān)娓珊鬄榛钚缘摩?C2S及MrS膠凝材料；
成分配比粉煤灰石與石灰的配比，按照其化學(xué)成分中的C代表氧化鈣；M代表氧化鎂；S代表二氧化硅；A代表三氧化二鋁的總和重量比計(jì)算
C/A＝0.9-1.0C/S＝1.6-1.8M/S＝2
蒸養(yǎng)為常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)100℃，低溫煅燒，煅燒溫度為700℃-900℃，蒸養(yǎng)與煅燒時(shí)間視塊體大小，密實(shí)度的高低，化學(xué)反應(yīng)程度而定，要求是全部反應(yīng)化合，蒸養(yǎng)時(shí)間為6-12小時(shí)，控制煅燒時(shí)間為1-4小時(shí)；
活性摻料的作用主要是提高反應(yīng)率，一種是加快結(jié)晶的摻料，用量為2-5％，即硅鋁酸鹽碎塊，一種是電解質(zhì)摻料，用量為0.2-1.5％，有Na2CO3、NaOH、Na2CO4、NaCl四種電解質(zhì)；
本發(fā)明在化學(xué)反應(yīng)上改變了傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)固相反應(yīng)為常壓蒸養(yǎng)的液相反應(yīng)，生成C3AH6和C2SH2、M2SHr；
本發(fā)明達(dá)到的指標(biāo)；
a、溶出率82-92％；
b、產(chǎn)品純度其雜質(zhì)含量SiO2小于0.03％；Fe2O3小于0.03％，符合國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)品的要求；
c、蒸養(yǎng)時(shí)，石灰的配比，以不生成CSH(B)和蒸養(yǎng)后少存在f-Cao為原則，以確保β-C2S含鎂膠凝材料的純度；
d、低溫度煅燒后，CA中的Al2O3占總A量的35-40％，C12A7中的Al2O3占總A量的60-65％；
活性β-C2S膠凝材料的制取方法
熟料中的C12A7，經(jīng)純堿溶液溶出A，而β-C2S則逐漸水化為C2SH2，M2S則經(jīng)過逐漸水化成M2SH2，經(jīng)過700-900℃煅燒，又恢復(fù)成為活性β-C2S及M2S的膠凝材料，其技術(shù)指標(biāo)為
活性β-C2S含量為75-85％
平均粒徑6微米以下；
容重為0.55g/cm3；
礦物為絨球狀無定型晶體，水化速度快；
檸檬酸溶解性mgO含量大于1％。
全文摘要
一種從粉煤灰中提取氧化鋁，同時(shí)生成活性β-C2S并含有少量M2S膠凝材料的方法。此粉煤灰為原料與選擇的石灰混合，加水成型，進(jìn)行常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，使石灰的原料中的鋁、硅充分反應(yīng)，生成C3AH6和C2SH2，M2SH2，的物資，經(jīng)700-900℃煅脫水(包括結(jié)晶水)后，生成含有C12A7、CA和β-C2S，M2S的熟料，再用純減溶液提取氧化鋁。原料中的氧化鋁、二氧化硅與混合石灰的配比；C/A＝0.9-1.0∶C/S＝1.6-1.8，M/S＝2，選用的活性摻料，硅鋁酸鹽碎塊摻量為2-5％；電解質(zhì)摻料有Na2CO3、NaOH、Na2CO4、NaCl等四種，摻量為0.2-1.5％。活性膠凝材料β-C2S，將提取氧化鋁后的殘?jiān)?00-900℃煅燒后成為β-C2S占主要成分的含鎂活性膠凝材料。此種材料不僅能形成較高標(biāo)號(hào)的水泥還能用作農(nóng)田，提高糧食產(chǎn)量。
文檔編號(hào)C04B9/04GK101289204SQ20081008447
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者蔡元新, 朱舉千 申請(qǐng)人:北京華夏富強(qiáng)高新技術(shù)開發(fā)有限公司, 中國國際富強(qiáng)投資有限公司