用于建筑化学应用的低贝利特的CSA水泥制造技术

本发明专利技术涉及一种硫铝酸钙水泥，其包含至少90重量％的C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于建筑化学应用的低贝利特的CSA水泥
本专利技术涉及CSA熟料(clinker)及其制造，以及由其研磨的水泥及其应用。
技术介绍
术语CSA在本文中用作缩写，代表化学术语硫铝酸钙。从狭义上讲，硫铝酸钙应理解为是指化合物C4A3$，其工业生产的变体称为氯氧汞矿(kleinite)或Klein化合物。天然存在的形式在矿物学中被称为“硫铝钙石(Ye’elimite)”。纯CSA相的组成及其由氧化物的形成与式1对应。等式14C+3A+$→C4A3$该等式在水泥化学简写中被注明。在本申请的上下文中，以下符号是适用的：C：CaO；A：Al2O3；$：SO3；F：Fe2O3；S：SiO2；H：H2O；T：TiO2；M：MgO；Zn：ZnO，如果需要，可以从上下文中推导出确切的化学组成。CSA水泥在建筑工业和建筑化学中的不同领域中的应用：例如作为低能耗和低CO2的水泥、作为膨胀水泥以及作为高强度和/或快速凝固的粘合剂。CSA水泥于1934年首次作为快速凝固和耐海水粘合剂而获得专利，并在20世纪50年代后期开始工业应用用作膨胀或扩张水泥(expandingorexpansivecements)。体积稳定的CSA水泥最初是由中国建筑材料研究院于20世纪70年代研发的，如今在中国已规范化为膨胀水泥、膨胀水泥、高早强水泥和低碱水泥(LuigiBuzziet.al.High-performanceandlow-CO2cementsbasedoncalciumsulfoaluminate，ZKGInternationalNr.50，2010，S.39-45)。CSA熟料制造中的起始原料和煅烧温度通常被选择成使得水泥除C4A3$外还包含熟料相C2S(贝利特(belite))，因为这两个相需要相似且比波特兰水泥(Portlandcement)或高铝水泥(aluminouscement)熟料低得多的温度。由于煅烧温度对制造所需的温度有决定性的影响，因此这类水泥与波特兰水泥相比是“低能耗水泥”，波特兰水泥的熟料在1450℃下烧结。另一个显著的优势是CSA熟料的CaO含量低得多，而原料混合物中的石灰石含量也相应较低，这导致每吨生产熟料的CO2排放量显著降低。因此，CSA水泥也被称为“低CO2水泥”。表1示出了比能量需求和CO2排放的一些比较值。这些值来自：J.H.Sharpet.al.Calciumsulfoaluminatecements-low-energycements，specialcementsorwhat，AdvancesinCementResearch，1999，11，No.1，pp.3-13。表1：纯相的比能量需求和CO2排放量从表1清楚地看出，与波特兰水泥相比，可以制造基于C4A3$和C2S的、具有显著更低的热能消耗和更少的CO2排放量的水泥，在波特兰水泥中相C3S(3CaO·SiO2，硅酸三钙，“硅酸三钙石(alite)”)和C2S(2CaO·SiO2，硅酸二钙，“贝利特”)形成熟料的矿物学主要成分。德国制造的波特兰水泥熟料具有平均含量约为63重量％的C3S和16重量％的C2S(VDZZement-Taschenbuch，51stEdition，TableI.3.1-2)。相CA(CaO·Al2O3，铝酸单钙)是高铝水泥或铝酸钙水泥的矿物学主要成分，根据DINEN14647简称为CAC或CA水泥。标准高铝水泥中铝酸单钙的含量至少为40重量％(FriedrichW.Locher，Zement，VerlagBau+Technik，2000)。一起煅烧C4A3$和与C2S相比更具反应性的C3S(硅酸三钙石)几乎是不可能的，因为形成硅酸三钙石需要温度＞1350℃，在此温度下CSA原料混合物的无水石膏部分(CaSO4)以及形成的C4A3$不再稳定。在有关CSA熟料制造的文献中，指出C4A3$和C2S(贝利特)的形成的同时最大化的温度范围主要在1250℃至1350℃之间。在一些情况下，C2S的低反应性被接受，在其他情况下，对原始混合物使用不同的方法和添加剂以尝试使其活化。由于C4A3$即使在大约1330℃-1350℃的温度下也是不稳定的(无水石膏在＞1200℃的温度下分解)，因此在制造CSA熟料的过程中对原料的组成和制备、过程控制以及空气污染控制有很高的要求(IvanOdler，SpecialInorganicCements，2000；LuigiBuzziet.al.，出处同上)。能够使用CSA水泥作为膨胀水泥或扩张水泥以及具有可控制的凝固和硬化性能的尺寸稳定的特种水泥的可能性可以通过C4A3$相的一些基本水合反应来解释。在表2中，示出了对于纯C4A3$以及对于由C4A3$与硫酸钙和氧化钙/氢氧化钙组成的混合物以及它们的组合的反应。表2：C4A3$的水合反应1)US2003/0183131A1；2)Buzzietal.，出处同上。US2003/0183131A1中已知，由C4A3$和水组成的石灰(表2，编号1)具有非常缓慢的凝固和硬化特性。水合产物是单硫酸盐C4A$H12和氢氧化铝AH3。如果添加越来越多量的硫酸钙(无水石膏、二水合物等)，除单硫酸盐和氢氧化铝外，越来越多地形成强化的钙矾石C6A$3H32(表2，编号2.1)，直至摩尔比C$∶C4Al3＝2∶1，不再出现单硫酸盐并且仅存在钙矾石和氢氧化铝(表2，编号2.2)。在进一步增加的摩尔比C$：C4A3$＝＞2的情况下，水合产物越来越膨胀。DE3711549C2中已知一种制造硅酸钙物体的方法。此外还描述了硅酸钙物体在不同的应用领域中的用途，尤其是作为建筑材料。科学文献“Solid-statesynthesisofpureye’elimite(《纯硫铝钙石的固态合成》)”，Y.ElKhessaimietal.，JournaloftheEuropeanCeramicSociety，30(2018)3401-3411中已知用于合成纯C4A3$相的方法及其表征。由C4A3$和氢氧化钙或氧化钙组成的混合物的水合导致氢化物C3AH6和AFm相。表2中的编号3示出了与氢氧化钙的反应实施例。通过一起添加硫酸钙和氧化钙(或氢氧化钙)，可以制造对应于表2中编号4的专门形成钙矾石的快速凝固和硬化的混合物。今天仍在技术上制造硫磺水泥，硫磺水泥除了C4A3$和贝利特之外还可以包含不同量的其他相，硫磺水泥的不同类型可以分为5类。基本上表征贝利特-硫铝酸盐-铁酸盐水泥体系(IvanOdler，出处同上)的这些类别示于表3中。表3：可商购的CSA水泥的表征现有技术提供了广泛种类的CSA水泥，其包含C4A3$组分和作为另外的必要主要组分的贝利特。US2013/233207公开了一种用于制造硫铝酸钙水泥的方法，所使用的原料混合物包含10重量％至35重量％的Al2O3，40重量％至50重量％的CaO以及5重量％至25重量％的SO3，0重量％至28重量％的SiO2和0重量％至30重量％的Fe2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造硫铝酸钙水泥的方法，所述硫铝酸钙水泥包含至少90重量％的C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180426 DE 102018110136.81.一种制造硫铝酸钙水泥的方法，所述硫铝酸钙水泥包含至少90重量％的C4A3$，所述C4A3$是以结晶或非结晶的形式或者作为结晶和非结晶的部分的混合物，其中，所述硫铝酸钙水泥具有的根据Blaine的比研磨细度为3500cm2/g至6250cm2/g，其中，为了制造所述硫铝酸钙水泥使用由原料组成的混合物，所述混合物包含：
在41重量％至50重量％之间的Al2O3，
在34重量％至41重量％之间的CaO，和
在11重量％至19重量％之间的SO3，
以及
在0.1重量％至3重量％之间的SiO2，和/或
在0.1重量％至1重量％之间的Fe2O3，和/或
在0.05重量％至2.5重量％之间的TiO2，和/或
在0.05重量％至2.5重量％之间的ZnO，
其中，所述方法包括以下步骤：
将所述原料研磨成具有3500cm2/g至6000cm2/g的根据Blaine的比研磨细度的混合物，和
在至少1150℃的煅烧温度下煅烧所述混合物。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨在球磨机中优选分两步进行，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈瑟·瓦伦塔，罗尼·卡登，马库斯·施密特，
申请(专利权)人：卡卢瑟姆有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE