硫铝酸盐水泥的工艺制备

硫铝酸盐水泥的工艺制备硫铝酸盐水泥又称第三系列水泥，是中国人发明的唯一的特种水泥品种系列，其根本特征是该系列水泥的熟料以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物。特种水泥有几十个品种，之所以称硫铝酸盐水泥为第三系列水泥，是因为硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成与传统的硅酸盐水泥和铝酸盐水泥有本质的不同。硅酸盐水泥熟料以硅酸三钙和硅酸二钙为主要矿物，发明于1824年，时间早且用途最广泛，称为第一系列。铝酸盐水泥以铝酸钙为主要矿物，发明于1908年，发明时间次之，称为第二系列。硫铝酸盐水泥发明于1975年，所以称为第三系列。其他众多品种的特种水泥，都是这三个系列水泥的衍生品种。硫铝酸盐系列水泥主要包括快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥三个品种。快硬硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐水泥熟料、5％~15％的硬石膏或二水石膏及不超过15％~35％的石灰石经粉磨制成。该品种水泥具有早强、快硬、耐化学腐蚀等特点，主要用于水泥制品和工业与民用建筑的混凝土工程。特别是在抢修、需要抗海水侵蚀和冬期施工工程中，更能体现该品种水泥的优越性。低碱度硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐数你熟料，5％~20％的硬石膏及15％~35％的石灰石经粉磨制成。该品种水泥的特点是早强、快硬和低碱度（水化液PH值低于10.5），主要用于玻璃纤维增强水泥制品的生产。自应力硫铝酸盐水泥由硫铝酸盐水泥熟料、30％~40％的二水石膏及不超过15％的石灰石经粉磨制成。该水泥的特点是水化硬化时会产生高膨胀，主要用于生产水泥压力管。1．生产硫铝酸盐水泥熟料所用的原、燃料生产硫铝酸盐水泥所用的基本原材料是石灰石、铝钒土和石膏，所用的燃料是烟煤。（1）石灰石石灰石作为钙质原料主要提供硫铝酸盐水泥熟料形成过程中所需要的氧化钙成分。生产硫铝酸盐水泥熟料所用的石灰石的成分要求一般为：w（CaO）≥50％、w(SiO2)≤5％、w(MgO)≤3％.适当成分的碱渣和电石渣也可作为硫铝酸盐水泥的钙质原料使用。（2）铝钒土铝钒土作为铝质原料主要提供硫铝酸盐水泥熟料形成过程中所需要的氧化铝成分。生产硫铝酸盐水泥熟料所用的生铝钒土的成分要求一般为：(Al2O3)≥55％、w(SiO2)≤15％，当铝钒土中的铁含量较高时，可适当降低对Al2O3含量的要求。碱对硫铝酸盐水泥的性能有不利影响，一般要求铝钒土中的碱（R2O）含量不超过0.5％。适当成分的含氯含铝工业废渣也可用作硫铝酸盐水泥熟料生产的铝质原料。（3）石膏石膏作为硫质原料主要供硫铝酸盐水泥熟料形成过程中所需要的三氧化硫成分。生产硫铝酸盐水泥熟料所用石膏的成分要求一般为：①硬石膏，w(SO3)≥45％、w(SiO2)≤3％：②二水石膏，w(SO3)≥35％、w(SiO2)≤3％。适当成分的的磷石膏、氟石膏及脱硫石膏等工业废渣也可作为硫铝酸盐水泥熟料的硫质原料使用。（4）燃料煤硫铝酸盐水泥熟料煅烧一般使用烟煤，其一般要求为：热值≥2400kj/kg、灰分≤20％、挥发分≥25％。2．硫铝酸盐水泥生料的配料计算硫铝酸盐水泥熟料所含有的矿物为：无水硫铝酸钙（C4A3S）、硅酸二钙（C2S）、铁铝酸四钙（C4AF）、钙钛矿（CT）及方镁石（MgO）。配料计算主要考虑钙和硫的配入量要满足形成上述矿物的要求，为此，引入碱度系数（Cm）和硫比（P）两个参数。按各成分的重量百分数计算，碱度系数和铝硫比计算公式如下：Cm=)(40.1)(64.0)((73.0)(87.1)(7.0)Ca(32323222OFewOFewOAlwSiOwTiOwOw(2.7)P=)()(332SOwOAlw(2.8)根据上述公式，当碱度系数等于1时，氧化钙刚好满足要求，由于熟料中存在富余的氧化钙会对水泥性能产生急凝等不利影响，所以配料时一般将碱度控制在0.95~0.98。根据无水硫铝酸钙中各氧化物的组成计算，当铝硫比等于3.82时，SO3刚好满足形成无水硫铝酸钙的要求，考虑到在熟料烧成时SO3会有一定量的损失，因此配料计算时一般将铝硫比控制在3.82以下。3．硫铝酸盐水泥生料的制备（1）原材料的破碎与均化由于生产硫铝酸盐水泥所使用的铝质原料没有储量很大且品位均匀的矿藏，所以堆场的预均化和破碎后的预均化工艺尤为重要。硫铝酸盐水泥生产工艺中原材料破碎一般选用两级，一级破碎一般选用顎式破碎机，二级破碎一般选用反击式破碎机。由于铝钒土硬度大，易碎性差，破碎机运转过程中与物料接触的部位磨损很快，一般的破碎设备都很难适应。（2）生料的粉磨硫铝酸盐水泥生料中，铝质原料的比例大概在35％左右，由于铝质原料难磨，造成生料整体易磨性差，同样的粉磨设备，磨至同样的细度，生产能力会降低25％甚至更多。因此，硫铝酸盐水泥生料的粉磨一般选用闭路球磨系统，而不选用其他粉磨工艺。硫铝酸盐水泥生料细度要求与硅酸盐水泥基本相同，一般控制在0.08mm方空筛筛余8％~12％，用窑外分解等新型干法工艺烧成时，生料可控制粗一些，烧成工艺落后时，生料要控制细一些。4．硫铝酸盐水泥熟料的煅烧（1）硫铝酸盐水泥熟料的煅烧工艺20世纪80年代是硫铝酸盐水泥熟料煅烧工艺技术的起步阶段，采用的是φ1.6/1.9×39m的小型中空干法回转窑工艺，90年代发展为带有旋风预热器和立筒预热器的较先进的φ2.5×40m新型干法回转窑工艺，2000年以后进一步发展为更先进的窑外分解煅烧工艺。随着技术的发展，硫铝酸盐水泥的质量和产能也在逐步提高，目前生产硫铝酸盐水泥熟料最大的窑外分解窑可日产熟料1000t。硫铝酸盐水泥煅烧要避免还原气氛，所以立窑不能用于硫铝酸盐水泥的生产。（2）煅烧硫铝酸盐水泥熟料的物理、化学变化过程室温~300℃原料脱水，包括物理水和结晶水；300~450℃石膏转变为无水石膏；450~600℃钒土的水铝石分解，形成α－Al2O3，物料中出现α－Si2O2和Fe2O3；600~850℃α－Al2O3、α－Si2O2和Fe2O3持续增加；850~900℃CaCO3分解，产生CaO和CO2,CO2从废弃中逸出；900~950℃游离CaO迅速增加，2CaO·Al2O3·Si2O2开始形成；950~1000℃3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物开始形成；1000~1050℃3CaO·3Al2O3·CaSO4和2CaO·Al2O3·Si2O2的量增加，游离CaO吸收率达1\2，α－Al2O3、α－Si2O2和CaSO4含量迅速减少；1050~1150℃3CaO·3Al2O3·CaSO4和2CaO·Al2O3·Si2O2的量持续增加，出现β－2CaO·SiO2,游离CaO吸收率达2\3；1150~1250℃3CaO·3Al2O3·CaSO4继续增加，游离CaO和2CaO·Al2O3·Si2O2消失，在1250℃出现4CaO·2Si2O2·CaSO4矿物，此时试样的矿物组成主要为3CaO·3Al2O3·CaSO4、β－2CaO·SiO2、4CaO·2Si2O2·CaSO4游离CaSO4和少量铁相。1250~1300℃4CaO·2Si2O2·CaSO4消失，分解为α′－2CaO·SiO2和游离CaSO4，此时熟料的主要矿物为3CaO·3Al2O3·CaSO4和2CaO·SiO2，还有少量铁相和CaSO4，以及微量的MgO，普通硫铝酸盐水泥已完全形成；1300~1400℃矿物熟料无明显变化；1400℃以上3CaO·3Al2O3·CaSO4及CaSO4开始分解，产生12CaO·7Al2O3等急凝矿物，出现熔块。5．硫铝酸盐水泥的制成工艺（1）水泥组分的确定国家标准《硫铝酸盐水泥》GB20472规定，硫铝酸盐水泥由熟料、石膏和石灰石组成。三种成分的比例根据小磨试验结果并结合国家标准要求确定。水泥粉磨阶段要求要求石膏中的CaSO4+CaSO4·2H2O含量不小于85％，石灰石中的泥土含量以Al2O3计不大于2％。（2）粉磨工艺及质量控制硫铝酸盐水泥熟料自身活性高，水化硬化速度快，为保证水泥具有良好的工作性，应尽量减少过粉磨。因此目前硫铝酸盐水泥生产基本都采用闭路球磨系统。硫铝酸盐水泥生产中，细度控制主要以比表面积为指标，成分控制主要以SO3滴定值和烧失量为指标。为保证配料的准确，一般采用电子秤计量并由计算机自动控制下料数量。