一種硫硅酸鈣礦物的制備及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水泥添加劑技術(shù)領(lǐng)域；特別是涉及一種硫硅酸鈣礦物的制備及應(yīng)用方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硫鋁酸鹽水泥以其早期強(qiáng)度高，抗凍、抗?jié)B、耐腐蝕等耐久性優(yōu)良，應(yīng)用于負(fù)溫施 工、地下、快速搶修工程及預(yù)制品等行業(yè)，不足的是后期強(qiáng)度尤其是后期抗折強(qiáng)度倒縮，需 要不斷地改進(jìn)和完善，是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在關(guān)注和研究的要點(diǎn)。同時(shí)硫鋁酸鹽水泥作 為一種特種水泥，原料品質(zhì)要求高，為了克服以上缺點(diǎn)引入了貝利特硫鋁酸鹽水泥和高硅 硫鋁酸鹽水泥，但是貝利特硫鋁酸鹽水泥依然沒有解決該系列水泥強(qiáng)度后期倒縮的問題， 特別是需要采用礬土等含氧化鋁的高鋁原材料。另一方面，一些工業(yè)廢渣在水泥生產(chǎn)和混 凝土制備過程中得到大量應(yīng)用，但大量的高硫酸鈣含量的硅酸鹽類的工業(yè)廢渣目前基本未 被利用，雖然傳統(tǒng)硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成可以消耗一定化學(xué)石膏或含硫酸鈣的廢渣，但 總的摻量很低。傳統(tǒng)硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度倒縮也是限制其擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域的主要問題。因 此提高硫鋁酸鹽水泥中硫酸鈣含量和改善后期強(qiáng)度倒縮是硫鋁酸鹽水泥發(fā)展的主要方向。
[0003] 硫娃酸興（4Ca02Si02 CaSO4)，又稱硫娃f丐石、橫基灰令丐石。以往認(rèn)為是硫錯(cuò)酸鹽水 泥熟料形成過程中的過渡相，在熟料煅燒溫度較低時(shí)，或CaSO 4較多時(shí)，最終產(chǎn)物中可能會(huì) 有硫娃酸興存在。
[0004] 但現(xiàn)有技術(shù)中，普遍的觀點(diǎn)是認(rèn)為硫硅酸鈣是惰性礦物，甚至被認(rèn)為有害礦物。故 在水泥生產(chǎn)時(shí)，一般均是會(huì)極力避免水泥中生成硫硅酸鈣成分。但申請人最新研究發(fā)現(xiàn)，硫 硅酸鈣可以提高硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度，解決目前的硫鋁酸鹽水泥強(qiáng)度倒縮問題，同時(shí)硫 硅酸鈣還可以激發(fā)工業(yè)廢渣的火山灰活性，對于工業(yè)廢渣摻量較大的硅酸鹽水泥后期和長 期強(qiáng)度發(fā)展具有促進(jìn)作用，同時(shí)還能在后期具有明顯的補(bǔ)償收縮的作用。因此，申請人認(rèn)為 硫硅酸鈣可以作為硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥外加改性組分，也可以作為普通混凝土膨脹 劑組分使用。
[0005] 硫鋁酸鹽水泥燒成過程中，硫硅酸鈣（4Ca02Si02CaS04)在微還原氣氛中形成的溫 度范圍為1100?1250°C，超過1250°C就會(huì)消失。目前硫鋁酸鹽水泥熟料的燒成溫度通常 在1250?1350°C之間，因此硫鋁酸鹽水泥中即使存在硫硅鈣石，含量也非常低。目前在 硅酸鹽水泥的燒成過程中，特別是采用高硫燃料或者含硫酸鈣含量比較高的廢渣煅燒熟料 時(shí)，也會(huì)生成硫硅鈣石過渡相，但硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度遠(yuǎn)比硫鋁酸鹽水泥為高，因此 硫硅鈣石更容易分解，硅酸鹽水泥則不會(huì)殘留有硫硅酸鈣礦物。
[0006] 因此，現(xiàn)有方法制備的硫鋁酸鹽水泥中即使含有硫硅酸鈣，但含量也很低，不足以 用作為外加組分。同時(shí)自然界中目前還沒有可供使用的天然硫硅酸鈣石，因此如何提供一 種以硫硅酸鈣為主要有效成分的水泥添加劑制備方法，以利于提高硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng) 度，成為申請人考慮研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種制備簡 單，實(shí)施方便，成本低廉的硫硅酸鈣礦物的制備及應(yīng)用方法。使其能夠有效地改善硫鋁酸鹽 水泥后期強(qiáng)度倒縮，提高最終產(chǎn)品混凝土的質(zhì)量。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案： 一種硫硅酸鈣礦物的制備方法，其特征在于，制備時(shí)將氧化鈣原料、氧化硅原料和石膏 分別磨細(xì)后混合均勻，在高溫下煅燒并保溫一段時(shí)間得到以硫硅酸鈣為主要組分的混合礦 物組分，然后粉磨至一定細(xì)度得到產(chǎn)品。
[0009] 該方法具體包括以下步驟： a. 配料： 將含氧化鈣原料、含氧化硅原料和石膏分別粉磨至一定細(xì)度，然后按照配料中氧化物 Ca0:Si02:S0@量比例范圍在7:3:2?7:3:2. 8配料混勻混勻； b. 礦物合成： 將步驟a制備的配料置于高溫爐進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為1100?1250°C，并保溫一段時(shí) 間，保溫時(shí)間為2?8小時(shí)，然后取出在空氣中急速冷卻； c. 粉磨： 將步驟b經(jīng)球磨機(jī)粉磨至比表面積為300?450 m2/kg得到產(chǎn)品。
[0010] 故本發(fā)明所制得的硫硅酸鈣礦物，是以硫硅酸鈣為有效成分的粉末狀固體產(chǎn)品。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)中，普遍的觀點(diǎn)是認(rèn)為硫硅酸鈣是惰性礦物，甚至被認(rèn)為有害礦物。故在 水泥生產(chǎn)時(shí)，一般均是會(huì)極力避免水泥中生成硫硅酸鈣成分。但申請人最新研究發(fā)現(xiàn)，硫硅 酸鈣可以提高硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度，解決目前的硫鋁酸鹽水泥強(qiáng)度倒縮問題，同時(shí)硫硅 酸鈣還可以激發(fā)工業(yè)廢渣的火山灰活性，對于工業(yè)廢渣摻量較大的硅酸鹽水泥后期和長期 強(qiáng)度發(fā)展具有促進(jìn)作用，同時(shí)還能在后期具有明顯的補(bǔ)償收縮的作用。因此，申請人克服了 現(xiàn)有技術(shù)偏見，認(rèn)為硫硅酸鈣可以作為硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥外加改性組分，也可以 作為普通混凝土膨脹劑組分使用，并研發(fā)了本水泥添加劑。這對于現(xiàn)有技術(shù)有突出的實(shí)質(zhì) 性貢獻(xiàn)作用。
[0012] 所述步驟a中，本發(fā)明采用的是具有高SiO2含量、高比表面積的含氧化硅原料以 增大粉料的接觸面積使硫硅酸鈣礦化完全。其中，作為參數(shù)的優(yōu)選含氧化硅原料中Sicv^ 量宜大于80%，且采用比表面積大于600 m2/kg以上的粉料，優(yōu)選的是比表面積1000?1500 m2/kg。這樣更加利于含氧化娃原料參與反應(yīng)。
[0013] 上述方案過程中考慮到石膏的分解，按照配料中氧化物Ca0:Si02:S0 3質(zhì)量比例范 圍在7:3:2?7:3:2. 8配料，以提高硫硅酸鈣礦物純度，降低貝利特的殘留。
[0014] 上述技術(shù)方案中，粉磨混勻后配料的細(xì)度為100?200目，以更好地使硫硅酸鈣礦 化完全。
[0015] 上述技術(shù)方案中制備的配料在1100?1250°C條件下高溫煅燒并保溫2?8小時(shí)， 以得到高純度的硫硅酸鈣礦物。優(yōu)選的是1150?1200°C條件下高溫煅燒并保溫5小時(shí)，這 樣更加利于硫硅酸鈣的生成，提高產(chǎn)物純度。
[0016] 作為技術(shù)方案的優(yōu)化，制備的混合礦物中硫娃酸I丐的質(zhì)量含量大于50%。這樣保證 其使用時(shí)作為主要有效成分參與反應(yīng)，保證其使用效果。更好的選擇是得到的混合礦物組 分中，硫硅酸鈣含量在50%?90%，貝利特10?50%，沒有高溫硬石膏殘留。
[0017] 上述方案C步驟中，將燒成的礦物粉磨至比表面積為300?450 m2/kg。這樣更加 利于水泥添加劑使用是參與反應(yīng)。
[0018] 作為上述方案的優(yōu)化，含氧化鈣原料可采用石灰石或電石渣。這樣成本低廉且利 于實(shí)施。
[0019] 作為上述方案的優(yōu)化，含氧化硅原料可采用石英砂，或者采用合金生產(chǎn)產(chǎn)生的硅 灰，娃灰中二氧化娃質(zhì)量含量應(yīng)大于80%。這樣成本低廉且利于實(shí)施。
[0020] 作為上述方案的優(yōu)化，所述石膏可以采用二水石膏或硬石膏。這樣成本低廉且利 于實(shí)施。
[0021] 作為優(yōu)選，制得的硫硅酸鈣礦物中，硫硅酸鈣含量占質(zhì)量份50%?90%，剩余成分 為貝利特成分。這樣含有少量的貝利特成分，貝利特礦物同樣也能對水泥體系的后期強(qiáng)度 起到促進(jìn)作用。硫硅酸鈣和貝利特復(fù)合礦物組分能激發(fā)火工業(yè)廢渣火山灰活性，改善硫鋁 酸鹽水泥、硅酸鹽水泥后期強(qiáng)度和長期強(qiáng)度發(fā)展。
[0022] 本發(fā)明還公開了上述方法制得的硫硅酸鈣礦物的應(yīng)用方法，其特征在于，將所述 硫硅酸鈣礦物作為硫鋁酸鹽水泥添加劑，