钢渣制备高铁贝利特-硫铝酸盐水泥

发布时间：2020-06-02 23:45

【摘要】：铝矾土作为硫铝酸盐水泥生产的主要铝质材料,随着我国优质铝矾土资源日趋紧缺,铝矾土品位的不断降低,导致硫铝酸盐水泥的生产成本越来越高,从而制约了节能低碳的硫铝酸盐水泥工业的生产和应用。为了降低硫铝酸盐水泥对天然资源的依赖,提高硫铝酸盐水泥的价格竞争力,本文考虑利用钢渣引入过量的Fe_2O_3去取代C_4A_3$中的Al_2O_3,形成C_4A_(3-x)F_x$矿物,降低对铝质材料的需求,从而达到不用矾土的目的,制得高铁贝利特-硫铝酸盐水泥,即探讨钢渣完全取代水泥生料体系中的铝矾土制得贝利特-硫铝酸盐水泥的可行性研究。首先,本文研究了钢渣制备高铁贝利特-硫铝酸盐水泥的最佳煅烧条件,对在最佳煅烧制度下得到的水泥熟料进行矿物组成分析,并观察其微观形貌,探究铁在熟料中的固溶情况,并对水泥煅烧过程中石膏的高温分解进行了研究,结果表明:高铁贝利特-硫铝酸盐水泥制备的最佳煅烧制度为1175℃保温20min,说明铁会降低熟料烧成的煅烧温度;在最佳煅烧制度下制得的水泥熟料的主要矿物为硫铝酸钙、贝利特和铁相,此外不可避免的还有少量的硫硅酸钙矿物,过量铁的引入没有改变熟料的矿物组成,且水泥熟料中C_4A_(3-x)F_x$的含量随着铁取代量的增加而有所降低,铁相的含量随着铁取代量的增加而增加,说明引入的铁并没有完全固溶进硫铝酸钙矿物中,剩余的铁会参与反应形成铁相;煅烧温度为1175℃时,过量铁的引入对水泥熟料煅烧过程中石膏的分解影响不大,当铁取代量为1.3mol时石膏的分解率为2.49%。其次,对1175℃保温20min煅烧制度下得到的高铁贝利特-硫铝酸盐水泥的水化及性能进行研究,发现其24h内的水化速率和放热量均随铁取代量的增加而降低,这与熟料中C_4A_(3-x)F_x$含量下降有关;对于取代量x为0.7即F0.7组熟料中分别后掺7%和12%的天然石膏制备成水泥,发现石膏掺量的增加会提高其水泥净浆强度,可获得较为满意的力学性能,石膏掺量分别为7%和12%的水泥净浆28d强度分别为50.4MPa和61.8MPa;F0.7、F1.0水化1d后,其钙矾石会聚集形成钙矾石团簇,由针状向柱状发展;对高铁贝利特-硫铝酸盐水泥的水化液相pH值进行测定,发现其均在11.0~11.8范围内变化,与传统贝利特-硫铝酸盐水泥相差不大。最后,由于高铁贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的最佳煅烧温度为1175℃,此温度恰恰适宜硫硅酸钙矿物的形成,其形成需要消耗一部分硫酸钙,会影响水泥熟料中硫铝酸钙矿物的形成,因此还研究了石膏配入量对高铁贝利特-硫铝酸盐水泥熟料矿相生成及水泥水化性能的影响。研究发现:水泥熟料中石膏配入量增加,可促进硫铝酸钙矿物和硫硅酸钙的生成,石膏掺量越多,水泥熟料中硫硅酸钙含量越高,当石膏掺量为20%时,熟料矿物中存在硬石膏,说明石膏有剩余,没有完全与C_2S结合形成硫硅酸钙;对于石膏配入量为10%和20%的高铁贝利特-硫铝酸盐水泥28d净浆强度分别为44.8MPa和53.4MPa,90d净浆强度分别为53.7MPa和62.7MPa,说明石膏配入量的增加有利于高铁贝利特-硫铝酸盐水泥强度的发展,特别是后期强度,这主要是因为硫硅酸钙的水化有利于后期强度的发展。当水泥熟料中C_4A_(3-x)F_x$含量在30%,x为0.7mol时,钢渣可完全取代矾土,在1175℃保温20min煅烧制度下制得高铁贝利特-硫铝酸盐水泥,且该水泥力学性能良好。
【图文】：

硫铝酸钙,晶体结构,晶体,四面体

重要的指导作用。若硫铝酸盐水泥中的主要矿物，则会降低水泥熟料中的铝含量，对降低铝矾土性分析构是以节点相连的铝氧四面体构成的多孔骨架，胞参数 a=1.839nm，每个晶胞中含有 2 个分子，边的中点由 O2-占据，Ca2+位于六边形表面的中心C4A3$的晶体结构如图 1.1 所示。在这个骨架里，在平行 c 轴方向形成竖井孔，在其 1/4c0和 3/4c四方环状竖井之间的每个角处由 1 对 Al-O 四面体连成的方矩形，Ca2+存在于 c 轴方向形成的长方 A1-O 四面体和 S-O 四面体相连接。这种多高水化活性。此外，C4A3$可在其晶体结构中固i4+、Mn3+、Fe3+等代替。

Rietveld全谱拟合,水泥熟料,图谱,硫铝酸

学位论文 3 高铁贝利特-硫铝酸表 3.3 熟料中硫铝酸盐矿物晶面间距 d 值的变化le 3.3 Changes of the sulfoaluminate interface spacing d in sample c d1d20.37451 0.26500 0.37494 0.26560 0.37480 0.26542 0.37482 0.26547
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ172.7

【参考文献】