超高白度白色铝酸盐水泥及其制备方法
阅读说明：本技术 超高白度白色铝酸盐水泥及其制备方法 (White aluminate cement with ultrahigh whiteness and preparation method thereof ) 是由 朱杰 王振 黄少文 曾嵘 鄢定英 李远华 张�荣 吴飞龙 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及特种水泥技术领域,提供一种超高白度白色铝酸盐水泥及其制备方法。传统的铝酸盐水泥受到原料和工艺的限制,产品白度较低(通常在50～65度),难以满足装饰材料的白度要求。本发明采用石灰质原料和铝质原料配料,磨细制成生料后,压片在高温炉(实验室条件)或生料粉喂入回转窑采用石油焦和生物质复合燃料(工业生产条件)煅烧一定时间,出窑(炉)熟料经冷却到100℃以下,得到铝酸盐熟料,将铝酸盐熟料直接粉磨到一定细度,得到超高白度白色硫铝酸盐水泥。(The invention relates to the technical field of special cement, and provides white aluminate cement with ultrahigh whiteness and a preparation method thereof. The traditional aluminate cement is limited by raw materials and processes, the whiteness of the product is low (usually 50-65 ℃), and the whiteness requirement of the decorative material is difficult to meet. The invention adopts the ingredients of calcareous raw materials and aluminium raw materials, after the materials are ground into raw materials, the raw materials are pressed into tablets in a high temperature furnace (laboratory condition) or raw material powder is fed into a rotary kiln to be calcined for a certain time by adopting petroleum coke and biomass composite fuel (industrial production condition), the clinker discharged from the kiln (furnace) is cooled to be below 100 ℃ to obtain aluminate clinker, and the aluminate clinker is directly ground to a certain fineness to obtain white sulphoaluminate cement with ultrahigh whiteness.)
技术领域
本发明涉及特种水泥技术领域，尤其提供一种超高白度白色铝酸盐水泥及其制备方法
背景技术
铝酸盐水泥是以铝酸钙(CA、CA2)为主要矿物相的铝酸盐水泥熟料磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥是一种具有快硬、早强、耐火和低碱特性的特种胶凝材料，主要应用于抢修工程、配制耐火混凝土和耐火浇注料。通过掺配石膏可配制铝酸盐膨胀水泥和自应力水泥；通过加入适量的盐酸和硫酸可制备成聚合氯化铝和聚合硫酸铝，广泛应用于工业废水处理的絮凝剂。
国际上铝酸盐水泥还是一种常用的建筑装修材料，主要应用于建筑装饰灰泥、瓷砖胶粘剂、地坪材料、修补材料和无机人造石材。这种应用趋势近年来也引进国内市场，利用铝酸盐水泥的快硬早强和低碱特性，在制备建筑装饰材料如白色和彩色灰泥、彩色装饰砂浆、无机人造石材和地坪砂浆时具有早期强度高、施工周期短、色彩装饰性好和较少泛碱的优势。但是传统的铝酸盐水泥受到原料和工艺的限制，产品白度较低(通常在50～65度)，难以满足装饰材料的白度要求。
由嘉华特种水泥股份有限公司申请的发明专利：一种改性铝酸盐水泥(申请公布号CN106517968A)，其主要发明点是利用磷酸盐、微硅和矿渣掺加到铝酸盐水泥中，通过防止水化产物出现C3AH6来达到防止强度倒缩的目的。由苏州市德莱尔建材科技有限公司申请的发明专利：一种铝酸盐水泥的制备方法(申请公布号CN104788031A)，介绍了一种在铝酸盐水泥熟料中掺加钡渣、硅酸镍尾矿、赤泥、钢渣和石膏制备铝酸盐水泥的方法，主要发明点是废渣利用。由武汉科技大学申请的发明专利：一种含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法(申请公布号CN103073206A)，采用工业氧化铝60～72wt％、重质碳酸钙13～25wt％、轻烧镁砂8～21wt％，磨细后在高温炉1200～1550℃保温120～240min烧结，将烧结料磨细即成产品，其特点是工艺简单，制备成本低。
然而，上述专利均为设计白色铝酸盐水泥关于提高白度的技术，无法满足市场对于白度越来越高的需求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，旨在解决现有的白色铝酸盐水泥白度不高，不能满足建筑装饰材料白度指标要求的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料计量配合后粉磨至一定细度，得到生料；
S2、将生料高温煅烧，得到实验室制备熟料或工业生产熟料；
S3、对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却，并冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料；
S4、将铝酸盐熟料粉磨，得到超高白度白色铝酸盐水泥；或者，将铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂粉磨，得到超高白度白色铝酸盐水泥。
本发明的有益效果：本发明通过对石灰质原料和铝质原料粉磨得到生料，将生料高温煅烧得到实验室制备熟料或工业生产熟料，再将实验室制备熟料或工业生产熟料冷却到100℃以下得到铝酸盐熟料，最后对铝酸盐熟料粉磨，即可得到超高白度白色铝酸盐水泥。本发明只采用石灰质原料和铝质原料来粉磨形成生料，不采用硅铝质原料，以防止原料中带入铁质氧化物降低产品白度，同时防止熟料中出现硅铝酸二钙(C2AS)降低产品强度。
优选地，所述步骤S1中，石灰质原料和铝质原料的配比如下：
石灰质原料30～45％，铝质原料50～70％；
其中，所述石灰质原料包括石灰石、白垩、贝壳、电石渣、生石灰的一种或多种复合；
所述铝质原料包括氧化铝、氢氧化铝、铝灰的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S1中，将石灰质原料和铝质原料计量配合后粉磨至细度为80μm方孔筛筛余≤10％。
所述的粉磨设备：在实验室条件下采用实验振动磨(碳化钨料钵)，在生产条件下可采用球磨机、辊磨机、棒磨机和挤压机。
优选地，所述步骤S2中，高温煅烧的具体方法包括，
在实验室条件下，将生料压制成型，并放入高温炉中且在1400℃～1550℃的环境下进行煅烧，得到实验室制备熟料，煅烧的时间在30min～40min；
在工业生产条件下，将生料直接喂入回转窑中且在1500℃±50℃的温度下进行煅烧，控制回转窑转速0.8min～1.8min，得到工业生产熟料。
优选地，在工业生产条件下，高温煅烧所采用的燃料包括石油焦、生物质燃料、重油、无烟煤和烟煤的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S3中，对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却的具体方法包括，利用冷却机对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却，所述冷却机包括篦式冷却机和单筒冷却机。
优选地，所述步骤S4中，铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂的配比如下：
铝酸盐熟料90～100％，煅烧氧化铝0～10％，调凝剂0～2％；
其中，所述调凝剂包括缓凝剂和促凝剂；
所述缓凝剂包括NaCl、KCl、NaNO3、酒石酸、柠檬酸、糖蜜等的一种或多种复合；
所述促凝剂包括Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3和NaSO4的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S4中，将铝酸盐熟料粉磨至比表面积为350～500m2/kg；或者，将铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂粉磨至比表面积为350～500m2/kg。
第二方面，本申请还提供了一种如上述的超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法所制得的超高白度白色铝酸盐水泥，
所述铝酸盐水泥包括铝酸盐熟料；
或者，所述铝酸盐水泥包括铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂，所述铝酸盐熟料、所述煅烧氧化铝和所述调凝剂的配比如下：
铝酸盐熟料90～100％，煅烧氧化铝0～10％，调凝剂0～2％；
其中，所述调凝剂包括缓凝剂和促凝剂；
所述缓凝剂包括NaCl、KCl、NaNO3、酒石酸、柠檬酸、糖蜜等的一种或多种复合；
所述促凝剂包括Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3和NaSO4的一种或多种复合。
优选地，所述铝盐酸熟料由生料制得，所述生料包括如下配比的下列组分：
石灰质原料30～45％，铝质原料50～70％；
其中，所述石灰质原料包括石灰石、白垩、贝壳、电石渣、生石灰的一种或多种复合；
所述铝质原料包括氧化铝、氢氧化铝、铝灰的一种或多种复合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法的制备工艺流程图；
图2为本发明实施例提供的超高白度白色铝酸盐水泥在实验室条件下的制备工艺流程图；
图3为本发明实施例提供的超高白度白色铝酸盐水泥在工业生产条件下产品制备工艺流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
铝酸盐水泥是以铝酸钙(CA、CA2)为主要矿物相的铝酸盐水泥熟料磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥是一种具有快硬、早强、耐火和低碱特性的特种胶凝材料，主要应用于抢修工程、配制耐火混凝土和耐火浇注料。通过掺配石膏可配制铝酸盐膨胀水泥和自应力水泥；通过加入适量的盐酸和硫酸可制备成聚合氯化铝和聚合硫酸铝，广泛应用于工业废水处理的絮凝剂。
国际上铝酸盐水泥还是一种常用的建筑装修材料，主要应用于建筑装饰灰泥、瓷砖胶粘剂、地坪材料、修补材料和无机人造石材。这种应用趋势近年来也引进国内市场，利用铝酸盐水泥的快硬早强和低碱特性，在制备建筑装饰材料如白色和彩色灰泥、彩色装饰砂浆、无机人造石材和地坪砂浆时具有早期强度高、施工周期短、色彩装饰性好和较少泛碱的优势。但是传统的铝酸盐水泥受到原料和工艺的限制，产品白度较低(通常在50～65度)，难以满足装饰材料的白度要求。
请参考图1至图3，针对于上述的技术问题，第一方面，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料计量配合后粉磨，得到生料；
S2、将生料高温煅烧，得到实验室制备熟料或工业生产熟料；
S3、对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却，并冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料；
S4、将铝酸盐熟料粉磨，得到超高白度白色铝酸盐水泥；或者，将铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂粉磨，得到超高白度白色铝酸盐水泥。
本发明通过对石灰质原料和铝质原料粉磨得到生料，将生料高温煅烧得到实验室制备熟料或工业生产熟料，再将实验室制备熟料或工业生产熟料冷却到100℃以下得到铝酸盐熟料，最后对铝酸盐熟料粉磨，即可得到超高白度白色铝酸盐水泥。本发明只采用石灰质原料和铝质原料来粉磨形成生料，不采用硅铝质原料，以防止原料中带入铁质氧化物降低产品白度，同时防止熟料中出现硅铝酸二钙(C2AS)降低产品强度。
优选地，所述步骤S1中，石灰质原料和铝质原料的配比如下：
石灰质原料30～45％，铝质原料50～70％；
其中，所述石灰质原料包括石灰石、白垩、贝壳、电石渣、生石灰的一种或多种复合；
所述铝质原料包括氧化铝、氢氧化铝、铝灰的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S1中，将石灰质原料和铝质原料计量配合后粉磨至细度为80μm方孔筛筛余≤10％。其中，在实验室条件下，采用实验振动磨(碳化钨料钵)进行粉磨；生产条件下，采用球磨机、辊磨机、棒磨机和挤压机进行粉磨。
优选地，所述步骤S2中，高温煅烧的具体方法包括，
在实验室条件下，将生料压制成型，并放入高温炉中且在1400℃～1550℃的环境下进行煅烧，得到实验室制备熟料，煅烧的时间在30min～40min。具体地，生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，且高温炉采用硅钼棒高温炉。
在工业生产条件下，将生料直接喂入回转窑中且在1500℃±50℃的环境下进行煅烧，控制回转窑转速0.8～1.8转/分钟，得到工业生产熟料，煅烧的时间在30min～60min。
优选地，在工业生产条件下，高温煅烧所采用的燃料包括石油焦、生物质燃料、重油、无烟煤和烟煤的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S3中，对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却的具体方法包括，利用冷却机对实验室制备熟料或工业生产熟料进行冷却。
优选地，所述步骤S4中，铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂的配比如下：
铝酸盐熟料90～100％，煅烧氧化铝0～10％，调凝剂0～2％；
其中，所述调凝剂包括缓凝剂和促凝剂；
所述缓凝剂包括NaCl、KCl、NaNO3、酒石酸、柠檬酸、糖蜜等的一种或多种复合；
所述促凝剂包括Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3和NaSO4的一种或多种复合。
优选地，所述步骤S4中，将铝酸盐熟料粉磨至比表面积为350～500m2/kg；或者，将铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂粉磨至比表面积为350～500m2/kg。
第二方面，本申请还提供了一种如上述的超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法所制得的超高白度白色铝酸盐水泥，
所述铝酸盐水泥包括铝酸盐熟料；
或者，所述铝酸盐水泥包括铝酸盐熟料、煅烧氧化铝和调凝剂，所述铝酸盐熟料、所述煅烧氧化铝和所述调凝剂的配比如下：
铝酸盐熟料90～100％，煅烧氧化铝0～10％，调凝剂0～2％；
其中，所述调凝剂包括缓凝剂和促凝剂；
所述缓凝剂包括NaCl、KCl、NaNO3、酒石酸、柠檬酸、糖蜜等的一种或多种复合；
所述促凝剂包括Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3和NaSO4的一种或多种复合。
优选地，所述铝酸盐熟料由生料制得，所述生料包括如下配比的下列组分：
石灰质原料30～45％，铝质原料50～70％；
其中，所述石灰质原料包括石灰石、白垩、贝壳、电石渣、生石灰的一种或多种复合；
所述铝质原料包括氧化铝、氢氧化铝、铝灰的一种或多种复合。
实施例1
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在实验室条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石42.9％，氧化铝57.1％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，放入硅钼棒高温炉在1550℃煅烧30min，得到实验室制备熟料。
S3、对实验室制备熟料进行冷却，并通过自然冷却冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
实施例2
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在实验室条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石32.8％，氢氧化铝67.2％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，放入硅钼棒高温炉在1500℃煅烧30min，得到实验室制备熟料。
S3、对实验室制备熟料进行冷却，并通过自然冷却冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
实施例3
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在实验室条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石44.5％，氧化铝55.5％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，放入硅钼棒高温炉在1500℃煅烧30min，得到实验室制备熟料。
S3、对实验室制备熟料进行冷却，并通过吹风冷却冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
实施例4
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在实验室条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石32.6％，氢氧化铝67.4％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，放入硅钼棒高温炉在1500℃煅烧30min，得到实验室制备熟料。
S3、对实验室制备熟料进行冷却，并通过吹风冷却冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
实施例5
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在实验室条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石32.6％，氢氧化铝67.4％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料采用压片机压制成Ф30mm×20mm圆柱体，放入硅钼棒高温炉在1550℃煅烧30min，得到实验室制备熟料。
S3、对实验室制备熟料进行冷却，并通过吹风冷却冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
实施例6
本实施例中，本发明提供了一种超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法，本实施例在工业生产条件下进行，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将石灰质原料和铝质原料以下列配合比进行计量配比：石灰石33.3％，氢氧化铝66.7％。将上述的原料计量配合后粉磨至80μm方孔筛筛余≤10％，制成生料。
S2、将生料喂入Ф2.7×42m带五级旋风预热器回转窑煅烧以得到工业生产熟料(或称为出窑熟料)，熟料煅烧采用石油焦和生物质燃料(稻壳)组合成复合燃料，两种燃料配合比例为：石油焦∶稻壳＝8∶2。控制高温带温度为1500℃±50℃，控制回转窑转速1.3～1.8r/min。
S3、对出窑熟料进行冷却，并采用单筒冷却机冷却到100℃以下，得到铝酸盐熟料。
S4、将烧成的铝酸盐熟料在实验振动磨中直接粉磨至比表面积大于420m2/kg即得超高白度铝酸盐水泥。
其中，对上述六个实施例所烧制的铝酸盐熟料采用XRD-Rietveld全谱拟合定量分析矿物组成，结果见表1。上述六个实施例所制备的超高白度铝酸盐水泥的性能指标见表2。
表1. 6个实施例铝酸盐熟料的矿物组成
CA/％
CA2/％
Al2O3/％
C12A7/％
非晶相/％
实施例1
39.3
30.7
5.7
1.0
23.3
实施例2
54.1
25.4
5.3
3.2
12.0
实施例3
40.1
23.5
8.5
4.1
23.8
实施例4
54.2
28.3
4.8
2.7
10.0
实施例5
43.3
31.0
2.0
0
23.7
实施例6
54.4
34.6
0.2
0
10.8
表2. 6个实施例超高白度铝酸盐水泥的性能
备注：白度测定依据GB/T2015-2017附录A的规定检测得到的亨特白度。
凝结时间依据GB/T1346的规定检测，抗压强度依据GB/T17671的规定检测。
综上，采用本发明所提供的超高白度白色铝酸盐水泥的制备方法所制得的铝酸盐水泥，白度均在90％以上，填补了国内对于超高白度白色铝酸盐水泥技术方面的空白，以满足市场对于超高白度的需求。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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