一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法技术

本发明专利技术公开了一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法，该方法直接以高碱赤泥为原料制备水泥熟料，同时在熟料配比中设计硫酸钙（CaSO4）组分，调控赤泥中碱对熟料矿物形成的影响。此外，本发明专利技术还提供了一种利用高碱赤泥合成铁铝酸盐水泥熟料的方法。本发明专利技术可以直接利用高碱赤泥为原料用于水泥生料配料，减少了赤泥利用的工艺环节，同时也能降低水泥的生产成本；CaSO4的加入解决了赤泥中碱含量过高造成矿物不能形成或形成量低的问题，消除了碱的不利影响；本发明专利技术的水泥熟料煅烧温度低，降低了其生产能耗和CO2排放，同时本发明专利技术能有效解决赤泥因碱含量高带来的应用难题，对赤泥的大规模应用具有重要意义。规模应用具有重要意义。规模应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法


[0001]本专利技术涉及一种高碱赤泥的资源化处理方法，具体涉及一种高碱赤泥无需预处理直接用于制备水泥熟料的方法，属于固废材料资源化处理及水泥熟料制备


技术介绍

[0002]赤泥是氧化铝工业产生的强碱性工业固体废弃物，大约每生产1吨氧化铝要排放1~2吨赤泥。截至2018年，我国赤泥累积量超过7.9亿吨，但综合利用率低下，仅有4%左右。目前，人们对赤泥的处理方式大部分是填埋或者筑坝堆存，而赤泥的堆积会浪费大量的土地资源，其高碱性及含有的有害成分会渗入地下，污染环境。故此，人们努力寻求合适的处理方法，以消耗堆存的大量赤泥。
[0003]赤泥的成分主要有Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、Na2O、TiO2等氧化物，与硫铝酸盐水泥熟料所需原料成分相近。有研究表明，利用赤泥制备硫铝酸盐水泥是消耗赤泥的一种有效方法；赤泥中铁含量较高，制备高铁硫铝酸盐水泥（铁铝酸盐水泥）可以消耗更多的赤泥，提高赤泥的利用率。但赤泥中的碱含量过高是限制赤泥在水泥中应用的一大难题，过量碱的存在会使目标矿物不能形成或者形成量降低，无法得到预期的矿物。
[0004]目前，利用赤泥制备水泥熟料要先对赤泥进行脱碱处理，其主要处理方式为水洗、酸洗等，不仅造成了制备工艺的繁琐，还增加了企业的处理成本，而且常用的脱碱方式还会产生大量的工业废水等排出，也不利于环境保护。

技术实现思路

[0005]针对高碱赤泥在水泥熟料应用中存在的问题，本专利技术提供了一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法，该方法直接以高碱赤泥为部分原料制备水泥熟料，无需对高碱赤泥提前进行脱碱预处理，简化了工艺流程，降低了成本，实现了赤泥的建材资源化利用，社会和经济效益显著。
[0006]本专利技术提供了一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法，该方法在水泥熟料的矿物设计中加入CaSO4组分，然后根据设计的水泥熟料矿相组成选择包括高碱水泥的原料，制成水泥熟料。本专利技术通过在水泥熟料矿相设计中加入CaSO4组分，调控因高碱赤泥带来的碱含量过高的影响，从而使高碱赤泥无需进行脱碱预处理可以直接作为原料使用。在制备的过程中利用CaSO4的调控作用，降低了碱的不良影响，能够成功得到性能好的水泥熟料矿相组分，使水泥熟料合成成功。
[0007]进一步的，通过对水泥熟料的矿物设计，得到设计的水泥熟料矿相组成，设计的水泥熟料矿相组成中的CaSO4与高碱赤泥中碱的摩尔比应在0.8~1.5:1之间，这样的摩尔比设计可以调控碱在整个水泥熟料制备过程中不会产生或产生较小的不良影响，矿物组分能正常形成，不会形成其他杂相，且形成量与设计矿物形成量相差较小。
[0008]进一步的，所述高碱赤泥指的是碱含量大于等于5 wt%的赤泥，一般的，目前高碱赤泥中的碱含量为5~12 wt.%。该高碱赤泥是氧化铝工业产生的强碱性工业固体废弃物，主
要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、Na2O、TiO2等。
[0009]进一步的，本专利技术方法中适合于各种现有技术中采用赤泥为原料制备水泥熟料的方案中，例如可以用于制备铁铝酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料等。
[0010]赤泥中铁含量很高，因此本专利技术还提供了一种具体的利用高碱赤泥合成铁铝酸盐水泥熟料的方法，该方法包括以下步骤：首先，设计下述熟料矿相组成：C4A3$ 20~40 wt.%、铁相 15~35 wt.%、C2S 30~45 wt.%、CaSO
4 5~20 wt.%，各矿物组成百分含量之和为100%；然后，根据该熟料矿相组成，设计包含高碱赤泥和CaSO4的原料配方。
[0011]进一步的，设计的水泥熟料矿相组成中，所述铁相为C2F或/和C6AF2。
[0012]优选的，设计的熟料矿相组成为：C4A3$ 25~40 wt.%、铁相 15~30 wt.%、C2S 35 wt.%、CaSO
4 10 wt.%。
[0013]进一步的，根据设计的水泥熟料矿相组成，设计包含高碱赤泥和CaSO4的原料配方，铁铝酸盐水泥熟料的原料及重量份含量如下：高碱赤泥 26~62份、CaCO
3 51~96份、Al2O
3 0~15份、Fe2O
3 0~12份，SiO
2 1~12份、CaSO
4 9~29份。所述高碱赤泥中的碱含量为5~12 wt.%。在该配方中，CaSO4主要有两个作用，一是调控高碱赤泥中的碱，二是作为形成C4A3$矿相的原料，此外，CaSO4还可以稍微过量，存在最终的水泥熟料中。
[0014]优选的，铁铝酸盐水泥熟料的原料及重量份含量如下：高碱赤泥 26~53份、CaCO
3 68~74份、Al2O
3 0~15份、Fe2O
3 0份，SiO
2 4~9份、CaSO
4 15~19份。
[0015]进一步的，设计的水泥熟料矿相组成中的CaSO4与高碱赤泥中的碱的摩尔比应为0.8~1.5:1。
[0016]进一步的，设计的水泥熟料矿相组成中，CaSO4与C4A3$的质量比应小于等于0.5。
[0017]进一步的，合成铁铝酸盐水泥熟料具体包括以下步骤：（1）将各原料混合均匀，加水压制成圆饼，待用；（2）将步骤（1）的圆饼在1125~1275 ℃下煅烧；（3）将煅烧后的圆饼在空气中急冷，得到铁铝酸盐水泥熟料。
[0018]进一步的，步骤（1）中，圆饼的直径为55~65 mm、厚度为6~10 mm。
[0019]进一步的，步骤（2）中，将圆饼放入高温炉中，先以5~10℃/min的升温速率从室温升至900~1000 ℃，然后再以3~10 ℃/min的升温速率升至1125~1275 ℃，保温30~60 min。
[0020]进一步的，步骤（3）中，空气中急冷可以采用现有技术中公开的方式进行操作。
[0021]本专利技术具有以下优势：（1）本专利技术直接利用高碱赤泥为原料制备水泥熟料，不需要预先除碱，简化了工艺流程，降低了企业的处理成本，拓宽了高碱赤泥的综合利用，绿色环保特性突出，经济和社会效益显著；（2）本专利技术通过在水泥熟料中设计CaSO4组分，调控因高碱赤泥带来的碱含量过高的影响，解决了赤泥中碱含量过高带来的杂相形成问题，缓解了目标矿物形成量低的问题，降低了碱含量过高在制备水泥熟料中的不利影响；（3）本专利技术利用高碱赤泥合成铁铝酸盐水泥熟料，铁相设计为C2F或/和C6AF2，高铁铝比的铁相固溶碱能力强，可以固溶一部分碱，进一步降低碱含量过高带来的不利影响。
[0022]（4）本专利技术利用高碱赤泥合成铁铝酸盐水泥熟料，高碱赤泥中的碱以及其他离子，可以降低熟料的煅烧温度，在1125~1275 ℃下煅烧即可得到铁铝酸盐水泥熟料，有效的降
低了能耗和二氧化碳排放，绿色环保，同时能够有效避免水泥窑内的结皮堵塞现象。所得铁铝酸盐水泥熟料煅烧温度显著降低低，物理性能突出，具有很好的应用前景。
[0023]（5）本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碱赤泥直接用于制备水泥熟料的方法，其特征是：在水泥熟料的矿物设计中加入CaSO4组分，然后根据设计的水泥熟料矿相组成选择包括高碱水泥的原料，制成水泥熟料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：设计的水泥熟料矿相组成中的CaSO4与高碱赤泥中的碱的摩尔比为0.8~1.5:1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述高碱赤泥中的碱含量为5~12 wt.%。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述水泥熟料包括铁铝酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料。5.一种利用高碱赤泥合成铁铝酸盐水泥熟料的方法，其特征是：设计下述熟料矿相组成：C4A3$ 20~40 wt.%、铁相 15~35 wt.%、C2S 30~45 wt.%、CaSO
4 5~20 wt.%，根据该熟料矿相组成，设计包含高碱赤泥和CaSO4的原料配方。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述原料及重量份含量如下：高碱赤泥 26~62份、CaCO
3 51~96份、Al2O
3 0~15份、Fe2O
3 0~12份，SiO
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓磊，郑国法，程新，杜鹏，吴佳明，侯鹏坤，姜葱葱，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：