【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固废利用方法，具体为一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料及其制备方法。
技术介绍
1、高铁低钙相水泥是指铁铝酸四钙含量高于18wt％、硅酸三钙含量小于50wt％的绿色低碳中、低热硅酸盐水泥，平均煅烧温度1350℃左右，在水泥水化过程中放热速率及放热量均较低，形成的水化产物结构致密，对重金属等有害元素有很好的固封作用。目前硅酸盐水泥的生产原料铁质原料外基本是天然开采的石灰石，硅质岩石及铝硅质岩石等自然矿产资源，开产成本较高，且需求量巨大，极大消耗的自然资源。且普通硅酸盐水泥煅烧温度很高，一般在1450～1500℃以上，消耗燃料及产生的碳排放量十分巨大。
2、目前，尾矿及钢渣等工业固体废弃的排放、存储不但占用大量土地资源，也会对土壤环境造成直接且不可逆转的危害。铅锌尾矿及钢渣的主要成分为钙、硅、铝及铁的氧化物，其中也存在重金属等有害元素，如锌、铅、镉、锰等重金属元素的均存在浸出风险，大幅降低了其在建材产品中的利用率水平。现有普通硅酸盐水泥的煅烧能耗较高，亟需提高铝硅酸盐工业固体废弃物资源的综合利用率，不少现有固废利用方法，由于目标产品的性能要求的限制，难走出实验室、中试、实现工业产业化，技术成本较高。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种煅烧温度较低、绿色低碳的基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料，本专利技术的另一目的是提供一种生产成本较低的基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法。
2、技术方案：本专利技术所
3、进一步地，石灰石的总质量占石灰石、铅锌尾矿、花岗岩尾矿、钢渣总质量的68～73wt％。铅锌尾矿、花岗岩尾矿及钢渣的总质量占原料总质量的27～29wt％，很大提高了工业固体废弃物在水泥生产原材料中的占比，提高了固废资源在建材领域的适用范围，节约了自然资源。
4、上述基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：
5、步骤一，按重量份数比称取原料，球磨，烘干，过筛；
6、步骤二，将步骤一所得物装入压片模具中压制成圆片；
7、步骤三，将圆片阶梯式升温至1350～1375℃，保温，得到烧成水泥熟料；
8、步骤四，将烧成水泥熟料急冷至300℃以下；
9、步骤五，将步骤四所得物使用震动磨磨至200目以下，得到基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料。
10、进一步地，步骤一中，球磨的转速为300～350r/min，时间为30～60min，料球比为1:2～3。烘干温度为60～80℃，烘干时间为6～8h。过筛为过200～325目筛。球磨的转速小于300r/min，会导致水泥生料研磨细度不足及混料不均；球磨的转速大于350r/min，会导致生料在球磨罐中沉底结块。烘干温度低于60℃，会水分蒸发效率太低；烘干温度高于80℃，会产生不必要能耗。
11、进一步地，步骤二中，圆片的厚度为5～7mm。
12、进一步地，步骤三中，阶梯式升温制度为：以8～10℃/min升温至900～1000℃，再以4～5℃/min升温至1350～1375℃，保温45～60min。保温时间不足，可能造成水泥生料高温重构反应不充分，引起水泥安定性不良；保温过长，可能引发过烧现象，对熟料矿物相活性造成不利影响，降低水泥熟料质量。第一阶段的升温速率大于10℃/min或第二阶段的升温速率大于5℃/min，可能会引发实验室高温加热设备的故障。
13、进一步地，步骤四中，急冷通过工业风扇进行，风速为2～3m/s，冷却时间10～15min，防止c3s矿物相分解及c2s矿物相晶型的不利转变。
14、进一步地，步骤五中，震动磨的震动频率为1000～1200r/min，振幅为10～15min，震动时间为5～10min，将烧成后质地较为坚硬水泥熟料快速高效的破碎研磨至粉末状。
15、制备原理：铅锌尾矿、花岗岩尾矿和钢渣等工业铝硅酸盐固体废弃物的主要成分与水泥生料原料类似，可部分代替或全部代替水泥熟料所需的sio2、fe2o3、al2o3和cao等成分，节省了生产水泥熟料的原材料及燃料，消纳了工业固体废弃物，降低了生产成本及碳排放量；由于高温重构反应过程中不同组分对熟料烧成的影响规律不同，协调作用下会促进离子间的反应，有助于实现低共熔特性；铅锌尾矿和钢渣中含有的fe2o3成分可作为孰料中铁铝酸四钙的铁质来源，增加煅烧过程中的液相含量及液相黏度，促进水泥硅酸盐相的形成与析晶。铅锌尾矿及钢渣中含有的碱金属氧化物等其他微量元素，可作为矿化剂有效降低水泥煅烧温度，大大降低水泥熟料煅烧的能耗，具有较高经济效益。同时高铁低钙相水泥熟料水化过程中，含量较高的铁铝酸四钙的水化产物结构致密，对铅锌尾矿和钢渣中的重金属元素起到良好的化学固化和物理固封作用，有效降低重金属浸出的风险。
16、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
17、1、有助于减少尾矿及钢渣资源的堆积现象，有效提升铝硅酸盐工业固体废弃物资源的综合利用率和在建材领域的使用范围，对重金属元素固化能力强，适宜应用在建筑材料中，实现工业产业化；
18、2、使用铅锌尾矿与钢渣代替水泥生料原料生产水泥熟料，不仅降低了水泥熟料的生产成本，且利用固废中重金属等有害元素在高温下低共熔特性，降低了水泥熟料煅烧过程中的熔融态液相出现的温度和时间，显著降低煅烧温度，减少了生产过程中的能耗；
19、3、本专利技术制备的高铁低钙相水泥熟料铁铝酸四钙含量超过20％，硅酸三钙含量低于50％，属于中热硅酸盐水泥熟料，水化放热低且早期强度高，有效固化了固废中的有害金属元素，降低了固废堆存期间重金属元素的浸出风险，减少了对生态环境和人体的潜在危害，实现了铝硅酸盐工业固体废弃物资源的无害化利用。
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1.一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：石灰石68.0～75.0份，铅锌尾矿10.5～20.7份，花岗岩尾矿5.1～6.1份，钢渣5.2～12.5份；所述水泥熟料中铁铝酸四钙的质量百分数超过20wt％，硅酸三钙的质量百分数低于50wt％。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料，其特征在于：所述石灰石的总质量占石灰石、铅锌尾矿、花岗岩尾矿、钢渣总质量的68～73wt％。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，球磨的转速为300～350r/min，时间为30～60min，料球比为1:2～3。
5.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，烘干温度为60～80℃，烘干时间为6～8h。
6.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，
7.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，圆片的厚度为5～7mm。
8.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿的复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，阶梯式升温制度为：以8～10℃/min升温至900～1000℃，再以4～5℃/min升温至1350～1375℃，保温45～60min。
9.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，急冷通过工业风扇进行，风速为2～3m/s，冷却时间10～15min。
10.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，震动磨的震动频率为1000～1200r/min，振幅为10～15min，震动时间为5～10min。
...【技术特征摘要】
1.一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：石灰石68.0～75.0份，铅锌尾矿10.5～20.7份，花岗岩尾矿5.1～6.1份，钢渣5.2～12.5份；所述水泥熟料中铁铝酸四钙的质量百分数超过20wt％，硅酸三钙的质量百分数低于50wt％。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料，其特征在于：所述石灰石的总质量占石灰石、铅锌尾矿、花岗岩尾矿、钢渣总质量的68～73wt％。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，球磨的转速为300～350r/min，时间为30～60min，料球比为1:2～3。
5.根据权利要求3所述的一种基于复合尾矿和钢渣的水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，烘干温度为60～80℃，烘干时间为6～8h。
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