一种纯铝酸钙水泥的制备方法
阅读说明：本技术 一种纯铝酸钙水泥的制备方法 (Preparation method of pure calcium aluminate cement ) 是由 黄克忠 张东方 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法,具体涉及纯铝酸钙水泥的生产、制备工艺方法。采用全湿法、全封闭连续生产工艺,其优点是生产过程中无扬尘,生产环境良好,同时因为采用压滤脱水、真空成型、带式干燥的连续自动化生产方法,解决了以往湿法生产时间长、劳动强度大的问题,其生产运行成本约降低30%。添加专用SD-10分散剂中带有亲水性基团的高分子钠盐分散剂,同时含有的磺酸具有空间位阻和静电斥力作用,更能提高分散能力,使球磨效率增加。(The invention discloses a wet preparation method of pure calcium aluminate cement, and particularly relates to a production and preparation process method of the pure calcium aluminate cement. The continuous production process has the advantages of no dust emission, good production environment, long production time, low production cost (reduced by 30%), and continuous automation, such as filter pressing, dewatering, vacuum forming, and belt drying. The special SD-10 dispersant is added with a high molecular sodium salt dispersant with hydrophilic groups, and the sulfonic acid contained in the special SD-10 dispersant has the effects of steric hindrance and electrostatic repulsion, so that the dispersing capacity can be improved, and the ball milling efficiency is increased.)
技术领域
本发明涉及水泥材料技术领域，具体涉及纯铝酸钙水泥的生产、制备工艺方法。
背景技术
纯铝酸钙水泥是以工业氧化铝和含钙为原料经过配比煅烧的一种含CA、CA2为主要矿物的高纯度水泥，根据纯铝酸钙水泥氧化铝含量不同，大体可分为CA65、CA70、CA75、CA80等。
纯铝酸钙水泥具有杂质含量低、早期强度高，中温残存强度高，耐火度高（＞1650℃）等特点，是配置不定型耐火材料的优质结合剂。随着近些年不定形耐火材料在耐火材料工业中所占比重的迅速增长，对作为不定型耐火材料结合剂的纯铝酸钙水泥需求量越来越大，市场前景广阔。
目前纯铝酸钙水泥按生产工艺分为烧结法和电熔法，国外多采用电熔法生产，电熔法生产存在能耗高，生产难度大、成本高等问题；烧结法生产纯铝酸钙水泥，一般是将氧化铝和钙质原料配比干法磨粉（325目），加水搅拌滚球或压制成型，入窑煅烧后再磨粉成成品。其存在物料混合不均匀、煅烧温度高、生产环境差，成品矿物组成不稳定、结晶尺寸小、晶体晶界不清晰等缺陷，在实际使用中表现出性能不稳定。另外也有采用半干法生产，将氧化铝和钙质原料按照比例加水进行湿法球磨，将泥浆脱水后直接入窑煅烧，但是泥浆中钙质原料易于水形成氢氧化钙，造成脱水后水分含量高（＞30%），使泥饼软黏，直接入窑后水分急剧挥发，导致成粉结圈等问题，对生产造成很大影响。
发明内容
针对目前干法烧结法生产纯铝酸钙水泥存在的问题，本发明旨在提供一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法。
其具体生产技术方案如下：
一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法，包括如下步骤：
1，将工业氧化铝和钙质原料及专用SD-10分散剂按照重量比加入内壁镶嵌有氧化铝材质的衬砖球磨机中加水湿法共磨均化成浆；
2，将步骤1中所出共磨均化泥浆放入搅拌池内进行搅拌均化；
3，将步骤2中所混泥浆压滤脱水后在带式干燥器中进行预干燥；
4，将步骤3中所述预干燥泥饼进行真空硬塑挤出成型获得半成品；
5，将步骤4所得半成品在带式干燥器中进行干燥；
6，将步骤5中干燥物料入回转窑窑高温煅烧；
7，将步骤6中煅烧熟料，采用内壁镶嵌有氧化铝材质的衬砖的干法球磨磨粉；
8，将步骤7中共磨合格的成品粉料输送至带有空气搅拌的储存罐进行搅拌均匀后包装，得成品。
优选的，步骤1中所述氧化铝和钙质原料重量比为50-70:30-50；
优选的，步骤1中所述氧化铝可以为α-Al2O3、γ-Al2O3，所述钙质原料为碳酸钙、方解石、氢氧化钙；
优选的，所述α-Al2O3、γ-Al2O3含量均＞99%、碳酸钙、方解石含量均＞98%、氢氧化钙其主成分含量大于95%；
优选的，步骤1中所述专用SD-10分散剂制备方法为：
步骤1：将丙烯酸、苯乙烯磺酸钠、丙烯酸羟异丙酯三种原料按照摩尔比:2.5-3：0.8-1：1-1.5的比例混合后用去离子水进行搅拌加热；
步骤2：待温度加热至70-90℃时，加入占丙烯酸羟乙酯5-10%的引发剂过硫酸铵，保温2-4小时；
步骤3：待冷却至室温后加入氢氧化钠调整PH值在7-9后，继续搅拌1-2小时，得成品。
优选的，步骤1中所述湿法球磨机所用氧化研磨球比例为φ20mm占30-50%、φ30mm占20-40%、φ50mm占30-50%；
优选的，步骤1中所述球料水比例为为1.5-2.0：0.8-1.5：1.0-2.0；
优选的，步骤1中所述球磨泥浆粒度在500-1000目；
优选的，步骤2中所述泥浆搅拌均化时间＞8h；
优选的，步骤3中所述压滤脱水后水分在15-25%；
优选的，步骤3中所述预干燥温度为150±50度，干燥时间为0.5-2.5小时，干燥后水分为8-13%
优选的，步骤4中所述真空硬塑挤出成型泥段φ10-20mm，真空压力＜-0.090Mpa；
优选的，步骤5中所述干燥物料采用全自动带式干燥器进行干燥，干燥温度200-350度，干燥水分＜1.0%，干燥时间为2-4小时；
优选的，步骤6中所述入窑煅烧，采用回转窑煅烧，煅烧温度1450-1650℃；
本发明主要有益技术效果在于：
1、本发明所采用全湿法、全封闭连续生产工艺，其优点是生产过程中无扬尘，生产环境良好，同时因为采用压滤脱水、真空成型、带式干燥的连续自动化生产方法，解决了以往湿法生产时间长、劳动强度大的问题，其生产运行成本约降低30%；
2、本发明中采用水泥专用SD-10分散剂其主要成分为丙烯酸的共聚物，共聚物溶于水后产生电离，静电斥力作用下，吸附于无机盐的微晶上，使其斥力增加，并处于良好的分散状态，从而减少了团聚，降低了球磨时间，有效解决了球磨时用水量大，造成后续脱水、干燥困难等问题。
3、本发明所采用原料共磨均化、球磨泥浆在浆池搅拌均化、成品储料罐内空气搅拌均化等三级均化工艺使化学成分均匀、稳定，同时因为球磨过程中添加专用SD-10分散剂中带有亲水性基团的高分子钠盐分散剂，同时含有的磺酸具有空间位阻和静电斥力作用，更能提高分散能力，使球磨效率增加，可在短时间内获得超细的粒度，降低球磨能耗，也使低温下就可充分反应，降低燃气用量，大大减少了碳排放，更具节能环保；
4、本发明采用压滤脱水的方法，使其水可循环利用，对比其它湿法生产采用喷雾干燥的方法，节省了大量的水资源；同时将回转窑窑尾余热进行收集后，利用风机通过管道输送至干燥器进行干燥，起到节能降耗的效果；
5、本发明在湿法球磨及熟料磨粉步骤中所用球磨机均采用氧化铝＞95%含量的氧化铝衬砖和研磨球，大大降低了生产过程中带来的杂质污染，保证了产品的纯度。
具体实施方式
本发明在于改善目前纯铝酸钙生产工艺及性能，下面结合实施例，对本发明进行详细、清楚、完整的描述，显然，本发明所保护的包含但不局限于以下实施例。
实施例1
一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法，包括步骤：
配比：按照重量比50-60%的γ-Al2O3和40-50%的方解石按照比例称量，另外家添加SD-10专用分散剂0.25%；
研磨：入磨粒度要求＜2mm，球料水重量比例为2.0：1.0：1.5，球磨20小时，泥浆粒度要求600目通过率＞95%；
进一步说明，所述湿法球磨机采用内衬为氧化铝含量＞95%的材质衬砖，研磨球为氧化铝含量＞95%的研磨球；
进一步说明，所述湿法球磨机所用95氧化研磨球比例为φ20mm占35%、φ30mm占30%、φ50mm占35%；
泥浆搅拌：将球磨合格泥浆放入浆池内进行搅拌6h，保证其球磨泥浆更均匀；
脱水预干燥：将所混球磨泥浆进行压滤脱水，压滤压力为2.0mpa，压滤时间为5分钟，脱水后水分为20%；
将脱水后的泥饼通过运输带自动运输到带式预干燥器内，在150±50度的温度下干燥1小时，获得水分为13%的半成品；
将半成品输送至真空挤出及进行挤出成型，成型泥段直径17mm、长度30mm，真空度＜-0.090Mpa；
干燥：将成型泥段进行直接输送至多层带式干燥器内，在干燥温度为150-350度的温度下，干燥2小时，干燥后泥段水分＜0.5%；
煅烧：将干燥获得的干燥泥段送入回转窑煅烧，煅烧温度在1500±20度，煅烧时时间为8小时获得熟料;
研磨：将回转窑煅烧熟料冷却后加入内壁镶嵌有氧化铝含量＞95%的材质衬砖的球磨机内，采用氧化铝含量＞95%的研磨球进行共磨，研磨24小时，粒度控制D50在7-9μm之间；
进一步说明，所述研磨球配比比例为：φ30mm占40%、φ50mm占20%、φ60mm占40%的重量比配比；
将所磨成品输送到成品罐，搅拌混匀包装命名为CA-70C纯铝酸钙水泥。
实施例2
一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法，其制备方法如下：
配比：按照重量比50-60%的γ-Al2O3和40-50%高纯碳酸钙按照比例称量，另外家添加SD-10专用分散剂0.25%；
研磨：入磨粒度要求＜2mm，球料水重量比例为2.0：0.8：1.5，球磨20小时，泥浆粒度要求700目通过率＞95%；
进一步说明，所述湿法球磨机采用内衬为氧化铝含量＞95%的材质衬砖，研磨球为氧化铝含量＞95%的研磨球；
进一步说明，所述湿法球磨机所用95氧化研磨球比例为φ20mm占35%、φ30mm占30%、φ50mm占35%；
泥浆搅拌：将球磨合格泥浆放入浆池内进行搅拌6h，保证其球磨泥浆更将均匀；
脱水预干燥：将所混球磨泥浆进行压滤脱水，压滤压力为2.0mpa，压滤时间为5分钟，脱水后水分为20%；
将脱水后的泥饼通过运输带自动运输到带式预干燥器内，在150±50度的温度下干燥1小时，获得水分为13%的半成品；
将半成品输送至真空挤出及进行挤出成型，成型泥段直径17mm、长度30mm，真空度＜-0.090Mpa；
干燥：将成型泥段进行直接输送至多层带式干燥器内，在干燥温度为150-350度的温度下，干燥2小时，干燥后泥段水分＜0.5%；
煅烧：将干燥获得的干燥泥段送入回转窑煅烧，煅烧温度在1500±20度，煅烧时时间为8小时获得熟料;
研磨：将回转窑煅烧熟料冷却后加入内壁镶嵌有氧化铝含量＞95%的材质衬砖的球磨机内，氧化铝含量＞95%的研磨球进行共磨，研磨24小时，粒度控制 D50在5-7μm之间；
进一步说明，所述研磨球配比比例为：φ30mm占40%、φ50mm占20%、φ60mm占40%的重量比配比；
将所磨成品输送到成品罐，搅拌混匀包装命名为CA-70A纯铝酸钙水泥。
实施例3
一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法，其制备方法如下：
配比：按照重量比60-70%的γ-Al2O3和30-40%高纯氢氧化钙按照比例称量，另外家添加SD-10专用分散剂0.35%；
研磨：入磨粒度要求＜2mm，球料水重量比例为2.0：1.0：1.5，球磨20小时，泥浆粒度要求600目通过率＞95%；
进一步说明，所述湿法球磨机采用内衬为氧化铝含量＞95%的材质衬砖，研磨球为氧化铝含量＞95%的研磨球；
进一步说明，所述湿法球磨机所用95氧化研磨球比例为φ20mm占35%、φ30mm占30%、φ50mm占35%；
泥浆搅拌：将球磨合格泥浆放入浆池内进行搅拌6h，保证其球磨泥浆更将均匀；
脱水预干燥：将所混球磨泥浆进行压滤脱水，压滤压力为2.0mpa，压滤时间为5分钟，脱水后水分为20%；
将脱水后的泥饼通过运输带自动运输到带式预干燥器内，在150±50度的温度下干燥1小时，获得水分为13%的半成品；
将半成品输送至真空挤出及进行挤出成型，成型泥段直径17mm、长度30mm，真空度＜-0.090Mpa；
干燥：将成型泥段进行直接输送至多层带式干燥器内，在干燥温度为150-350度的温度下，干燥2小时，干燥后泥段水分＜0.5%；
煅烧：将干燥获得的干燥泥段送入回转窑煅烧，煅烧温度在1500±20度，煅烧时时间为8小时获得熟料;
研磨：将回转窑煅烧熟料冷却后加入内壁镶嵌有氧化铝含量＞95%的材质衬砖的球磨机内，采用氧化铝含量＞95%的研磨球进行共磨，研磨24小时，粒度控制D50在8-10μm之间；
进一步说明，所述研磨球配比比例为：φ30mm占40%、φ50mm占20%、φ60mm占40%的重量比配比；
将所磨成品输送到成品罐，搅拌混匀包装后命名为CA-70D纯铝酸钙水泥;
效果验证1：
将市场上销售的郑州菁华特种水泥有限公司的CA70纯铝酸钙水泥作为对比例1，将实施例1、2、3与对比例1进行检测。
检测标准：
1、GB/T 205-2008铝酸盐水泥化学分析方法。
2、 GB/T 1345-2005 水泥细度检验方法 筛析法
3、 GB/T8074-2008 水泥测定方法（勃氏法）
4、GB/T17671-1999水泥抗折强度、抗压强度测定方法。
5、GB/T201-2015附录A水泥凝结时间测定方法。
6、GB/T12573-2008水泥取样方法。
测定结果如下：
表1：实施例1、实施例2、实施例3和对比例1化学指标对比结果：
从结果来看，实施例1、2、3中杂质总量（Fe2O3、SiO2、MgO）与对比例相比，分别降低10%、24%、12%，明显提高实际使用过程中高温的抗折强度和耐压强度。
表2：将实施例1、实施例2、实施例3和对比例1配置为砂浆后的物理性能对比结果：（水泥：450g±0.5g，砂1350±5g）
从结果表明：本发明实施例1、实施例2、实施例3与对比例1相比：其细度增加，在实际使用中，更有利于纯铝酸钙的水化。初凝和终凝时间间隔缩短，即早强性好，同时抗折、抗压强度明显提高。
实施例4
一种纯铝酸钙水泥的湿法制备方法，其制备方法如下：
1、 配比：按照重量比50-60%的γ-Al2O3和40-50%高纯碳酸钙称量配比，同时外加SD-10专用分散剂0.30%，
2、研磨：入磨粒度要求＜2mm，球料水重量比例为2.0：0.8：2.0，球磨20小时，泥浆粒度要求800目通过率＞95%；
3、泥浆搅拌：将球磨合格泥浆放入浆池内进行搅拌4h，保证其球磨泥浆更将均匀；
4、脱水预干燥：将所混球磨泥浆进行压滤脱水，压滤压力为2.0mpa，压滤时间为5分钟，脱水后水分为20%；
5、将脱水后的泥饼通过运输带自动运输到带式预干燥器内，在150±50度的温度下干燥1小时，获得水分为12.5%的半成品；
6、将半成品输送至真空挤出及进行挤出成型，成型泥段直径17mm、长度30mm，真空度＜-0.090Mpa；
7、干燥：将成型泥段进行直接输送至多层带式干燥器内，在干燥温度为150-350度的温度下，干燥2小时，干燥后泥段水分＜1.0%；
8、 煅烧：将干燥获得的干燥泥段送入回转窑煅烧，煅烧温度在1500±20度，煅烧时时间为8小时获得熟料;
9、研磨：将回转窑煅烧熟料冷却后同α-Al2o3按照8:2的比例共同加入内壁镶嵌有氧化铝含量＞95%的材质衬砖的球磨机内，采用氧化铝含量＞95%的研磨球进行共磨，研磨24小时，粒度控制D50在8-10μm之间；
10、 将所磨成品输送到成品罐，搅拌混匀包装后命名为CA-75E纯铝酸钙水泥;
效果验证2
以市售的郑州菁华特种水泥有限公司CA-75纯铝酸钙水泥作为对比例2，将实施例4和对比例2进行测试
表3为配置成砂浆后各项性能参数（水泥：500g±0.5g，砂1350±5g）
从表3可以看出，实施例4所制备的纯铝酸钙水泥具有比表面积大，提高抗折抗压强度，初凝终凝间隔时间短，即早强性能好等优点。
应用例1
将实施例1与对比例1在分别应用在刚玉质浇注料中进行对比。
表4为刚玉质浇注料添加不同出铝酸钙水泥配比：
表5为实施例1和对比例1对刚玉质浇注料加水量、流动值的对比：
从表中可明显看出，实施例1加水量降低13%，流动值增加，这与实施例1粒度变细、烧结晶相均匀稳定有直接关系。
表6为实施例1与对比例1对刚玉浇注料烘干后性能对比：
由表6可明显看出，本发明实施例1各项指标均优于对比例1，这与本发明实施例1粒度降低，减少了水用量，水化后生成了颗粒细小、均匀的水化产物有很大关系，改善了浇注料的体积稳定性，提高了浇注料不同温度下的抗折、耐压强度。同时，本发明实施例1体积密度的增加，也提高了浇注料的烧后线变化及热震稳定性。
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