单硫型水化硫铝酸钙 水热合成-低温煅烧硫铝酸钙水泥熟料矿物的形成过程

郭威1人，1人，俞平圣1人，江金海1人，文2人

关键词:硫铝酸钙水泥熟料；水热合成；低温煅烧

分类编号。中国图书馆:TQ172文件标记代码:A

文章编号:0454–5648(2018)02–0206–06

收到日期:2017年7月16日。

修改日期:2017年8月20日。

基金项目:国家重点R&D项目(2016 YFB 0303600)；江苏省生态建材与环保设备协同创新中心项目(GX 2015304)；江苏省经贸委项目(20169343)。

第一作者:郭伟(1970-)，女，博士，教授。

通信作者:温(1968-)，男，教授。

前言

硫铝酸钙-贝利特水泥是一种很有前途的低碳水泥，具有低热耗和温室气体排放[1–3]。而石膏作为硫源，在较高的煅烧温度下会分解，使得熟料形成过程中各组分的质量分数不断变化，使得熟料难以按照设计的化学计量关系进行反应，进而难以控制熟料的质量。因此，熟料配料中需要添加过量的石膏，以确保硫铝酸钙能够按照设定的组成形成[4]。另一方面，石膏分解出的SO2会在窑内产生硫循环，侵蚀窑衬，造成环境污染。数据显示水泥行业是空气体污染物的主要排放源之一，空气体中3%~4%的SO2来自水泥行业[3]。因此，研究硫铝酸钙的低温烧成方法及其形成过程具有重要意义。

一步煅烧是合成C 4 A 3最常用的方法。普洱塔斯[5]的研究表明，C 4 A 3是由氧化钙、氧化铝和氧化钙直接固相反应形成的。郭H [6]认为在燃烧C 4 A 3 $，过程中存在CA和CA 2两种中间相，其动力学形成过程是随机成核和生长机制。马、等[7]认为，当温度高于1 100℃时，中间体CA或C 12 A 7形成C 4 A 3，反应在1 300℃完成。李X等[8]以C 3 A、CaSO 4和CaO为原料，在1 150~1 350℃下与CaSO 4反应生成c3a矿物，在1 350℃以上分解。由以上研究可知，C 4 A 3通常在900~950℃一步煅烧开始形成。在1 300~1 350℃完全形成，在1 350℃以上迅速分解。

研究表明，硫铝酸钙-贝利特水泥熟料由工业废料制备，少量添加剂有利于降低烧成温度[1–2，9–10]。到目前为止，石惠生等[11]以高钙垃圾焚烧飞灰为主要原料，在最低温度1 200℃烧制熟料。另一方面，通常前驱体通过水热合成制备，靶可以在低温下烧制。杨南等人[12–15]采用水热法合成了活性C-S-氢，并在700~1 000℃煅烧形成高活性的β-C2硫，因此通过制备或选择活性前驱体，有望在低温煅烧条件下形成C4 A3 $矿物。龙格切特低温C 4 A 3 $水泥熟料可采用水热合成-煅烧法制备，其中C 4 A 3 $的初始成型温度为750℃，完全成型温度为1 100℃，C4 A3 $的形貌为五角十二面体聚合物，该熟料的烧结温度比传统一步煅烧法低200~250℃。此外，SO 3的质量在整个煅烧过程中没有明显变化。以粉煤灰、脱硫石膏、工业渗铝废渣和工业级Ca(OH) 2为原料，在130℃水热合成前驱体，然后烧制出以C 4 A 3 $为主要成分的水泥。然而，水热合成前驱体的特性和低温形成C 4 A 3 $的过程需要进一步研究。因此，以矿渣、脱硫石膏、石灰和氢氧化铝为主要原料，水热合成高活性前驱体，进一步研究了低温硫铝酸钙-贝利特水泥熟料煅烧过程中的矿物形成，探索了低硫排放C 4 A 3 $的低温形成机理。

结论

以矿渣、脱硫石膏和石灰为主要原料，90℃水热合成产物的主要矿物相为AFm、Al(OH) 3和少量的AFt、C-S-H凝胶和Ca(OH) 2，其比表面积为76 800 m 2 /kg。

[16]

低温硫铝酸钙-贝利特水泥熟料的矿物形成过程主要是:C 12 A 7在650℃时由水热前驱体分解，C 4 A 3在750℃时由C 12 A 7中间体形成，C4a3在1 100℃时完全形成。指出水热合成产物及其极高的比表面积是低温下生成C 4 A 3的主要原因，而生成温度低是煅烧过程中硫排放低的主要原因。