钛铁矿的冶炼新工艺的制作方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种超硫酸盐水泥及其制备方法。

背景技术：

2.要实现“双碳”目标，应着眼于co2的排放流程，而从源头上减少co2排放是减排的重要一环。在建筑行业中，水泥材料一直是碳排放的“重灾区”，仅2020年碳排放量就达到了14.8亿吨，而其中水泥产业的碳排放量更是达到了12.3亿吨，占总排放量的83.11％，是“重灾区”中的“重灾区”。因此，降低现有普通硅酸盐水泥的使用量是目前的主要解决方式之一。

3.降低生产水泥所产生高碳排放的技术路径主要有两种，一是降低混凝土中水泥的占比，即提高矿物掺合料或工业废渣在水泥混凝土中的比例，二是使用可替代的新型低碳型胶凝材料。超硫酸盐水泥是一种以粒化高炉矿渣为主要原料，以石膏为硫酸盐激发剂，配合碱性激发剂共同粉磨或分别粉磨而制成的少熟料或无熟料水硬性胶凝材料。超硫酸盐水泥具有良好的使用性能，且生产工艺简单、成本低，能充分利用工业副产物，属于节能环保型水泥，符合国家可持续发展战略。

4.cn113998969a公开了一种高硫型钢渣固废胶凝材料及其制备方法，该超硫酸盐水泥的组成按重量级包括：钢渣35％～45％、矿渣25％～35％、粉煤灰 0％～15％、副产石膏10％～15％、水泥10％～15％，该固废基胶凝材料无任何外加碱性激发剂，同时后期强度高，体积稳定性良好，虽然试件可以1d成型，但是并未解决早期强度较低的问题，无法满足技术需求。

5.cn 113372029a公开了一种低碳型超硫酸盐水泥及其制备方法，以及水泥砂浆，该超硫酸盐水泥的组成按重量级包括：钛石膏10％～40％、水泥熟料15％～30％、矿渣粉20％～40％、钢渣5％～10％、提钛尾渣5％～10％、钒渣1％～5％、粉煤灰2％～10％、激发剂0.5％～1％、减水剂0.5％～1％。所述超硫酸盐水泥熟料掺量依旧较大且大量利用了钛石膏，该种石膏含水率高，杂质较多，稳定性能需要较为复杂的除杂工艺。

6.cn113277759a公开了一种钛矿渣基固废胶凝材料及其制备方法，按重量百分比计，包括以下原料：钛矿渣基材料70％～80％、石膏15％～25％、水泥熟料 2.5％～7.5％，制备方法简单。该超硫酸盐水泥不能在常温20℃的条件下提高早期强度，只能采用高温蒸养的方式加速水化，成本高，规模化推广应用难。

7.cn 101423343a公开了一种钢渣超硫酸盐水泥及其制备方法，该超硫酸盐水泥的组成按重量级包括钢渣20％～80％、矿渣和/或粉煤灰5％～65％、硫酸盐激活剂5％～25％、水泥熟料或氢氧化钙1％～10％以及碱性激活剂0.05％～3％，该超硫酸盐水泥的最主要组分为钢渣，钢渣的水化活性不佳，且与其他组分的粘结性较弱，造成力学性能较差，不能满足《gb 175-2020通用硅酸盐水泥》规范要求。

8.cn 111302677a提供了一种超硫酸盐水泥及其制备方法，所述超硫酸盐水泥按质量分数计，包括以下组分：第一矿渣40％～60％、第二矿渣10％～30％、通用水泥2％～8％、

石膏10％～25％、碱性激发剂0.5％～2％、石灰石3％～10％，其中，所述第一矿渣和第二矿渣的粒径分布不同。所述超硫酸盐水泥通过将矿渣原料粒径分级化，提高超硫酸盐水泥的密实度，进一步提高抗碳化性能。但其所用石膏主要为天然石膏，现在已禁止开采，成本较高。

9.cn 111205002a涉及一种高韧性超硫酸盐水泥及其制备方法，主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种高强、高韧性、高耐久的高韧性超硫酸盐水泥及其制备方法,包括以下重量百分比的组分：矿渣65～90％、石膏10～25％、激发剂1～15％、掺合料1～10％、纤维0～3％、调凝型减水剂0～1％。此发明制备的高韧性超硫酸盐水泥从一定程度上改善了抗硫酸盐侵蚀能力、抗弯挠度和收缩率。但此发明中石膏需要5次水洗，140℃煅烧4h，还需要石灰中和，陈化 72h，耗水、耗能，流程较长，成本较高。

10.现有专利技术中将脱硫石膏引入超硫酸盐水泥中的研究较少。脱硫石膏是由燃煤电厂进行湿法石灰/石灰石―石膏法脱硫而产生的以caso4·

2h2o为主要成分的工业副产物，仅2019年，我国脱硫石膏产量就达到了71.5mt，现阶段，我国脱硫石膏的综合利用途径比较单一，大量的脱硫石膏不仅占用土地资源，其含有的酸根、重金属等污染物还会对空气、水体和土壤产生巨大的污染。脱硫石膏和天然石膏相比，脱硫石膏具有颗粒均匀、比表面积大、成分相近、纯度较高等优点，开展脱硫石膏资源综合利用的研究具有重要的经济意义和社会意义。

技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种脱硫石膏基超硫酸盐水泥及其制备方法，从根本上解决了现有专利中材料早期强度低，强度提升慢的问题，并通过调整配合比使产品形成po 32.5、po 42.5、po 52.5的强度梯度以适用于不同工程场景。本发明提供的脱硫石膏基超硫酸盐水泥能够大量利用脱硫石膏及其他工业废渣、降低工业废弃物对环境的污染，同时能够提高早期力学性能、保障后期强度，生产工艺简单，性能稳定，各项强度指标均符合《gb175-2020通用水泥规范》规范要求，复合激发剂用量小且不需要外掺减水剂，经济性较好，具有广阔的推广前景。

12.本发明提供了一种脱硫石膏基超硫酸盐水泥，包括以下质量比的组分：

[0013][0014]

优选的，所述脱硫石膏均为二水石膏。

[0015]

优选的，所述脱硫石膏的含水量≤15wt％。

[0016]

优选的，所述激发剂为复合激发剂；

[0017]

优选的，所述复合激发剂的各组分按质量比计为；碱性激发剂60％～90％，铝酸盐

激发剂10％～40％；

[0018]

优选的，碱性激发剂为硅酸钠，铝酸盐激发剂为铝酸钙。

[0019]

优选的，所述钢渣的粒度在100目以下。

[0020]

优选的，所述矿渣粉为s95矿渣粉；

[0021]

优选的，所述矿渣粉的比表面积为300～500m2/kg，例如300m2/kg、320m2/kg、 350m2/kg、375m2/kg、400m2/kg、420m2/kg、450m2/kg、480m2/kg或500m2/kg 等。

[0022]

本发明采用脱硫石膏、钢渣等工业固废与通用水泥、矿渣粉、粉煤灰、复合激发剂以一定比例搭配，其中，脱硫石膏的用量在20％以上，其它渣料的用量在30％以上，大量利用了脱硫石膏及其他工业废渣、降低工业废弃物对环境的污染，同时还能够显著提升材料的早期力学性能(即3d强度)及标准龄期力学性能(28d强度)，可以依据《gb175-2020通用水泥规范》按照po 32.5、po 42.5、 po 52.5的强度等级对脱硫石膏基超硫酸盐水泥进行分级，以保障本发明可以用于不同工程场景。

[0023]

实验结果表明，本发明提供的脱硫石膏基超硫酸盐水泥胶砂在标准养护条件下，3d抗折强度可以达到4.5mpa以上，3d抗压强度达到22mpa以上；28d 抗折强度达到9mpa以上，28d抗压强度达到60mpa以上。

[0024]

本发明的有益效果：

[0025]

(1)本发明以高炉矿渣、脱硫石膏为主要原料，宁夏地区此两种原料来源丰富，产量大，原材料成本低。

[0026]

(2)本发明的原材料中，高炉矿渣和脱硫石膏属于工业废渣，对工业废渣的再利用，创造经济价值的同时，又节能环保。

[0027]

(3)本发明进一步简化制备工艺，原材料自身纯度较高，不需要复杂的除杂工艺，晾干混磨即可。

[0028]

(4)本发明所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥3d抗压强度可以达到22mpa 以上，性能稳定、可控。各种技术参数均符合《gb175-2020通用水泥规范》要求。

附图说明

[0029]

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图延伸获得其他的实施附图。图1为本发明实施例制备脱硫石膏基超硫酸盐水泥的流程示意图。

具体实施方式

[0030]

本发明提供了一种脱硫石膏基超硫酸盐水泥，包括以下质量比的组分：

[0031][0032]

本发明采用脱硫石膏、钢渣等工业固废与通用水泥、矿渣粉、粉煤灰、复合激发剂以一定比例搭配，其中，脱硫石膏的用量在20％以上，其它渣料的用量在30％以上，大量利用了脱硫石膏及其他工业废渣、降低工业废弃物对环境的污染，同时还能够显著提升材料的早期力学性能(即3d强度)及标准龄期力学性能(28d强度)。

[0033]

脱硫石膏是由燃煤电厂进行湿法石灰/石灰石―石膏法脱硫而产生的工业副产物。本发明中，所述脱硫石膏优选为经过预处理的脱硫石膏；所述预处理包括：干燥、磨制和筛选。本发明通过干燥控制脱硫石膏含水量≤5wt％。通过磨制及筛选控制脱硫石膏的粒度在100目以下，即控制粉体的粒度≤100目筛对应的粒度，100目筛对应的粒度为150μm，即控制脱硫石膏的粒度≤150μm。筛子的目数越大，对应的粉体粒度越小，本发明中控制脱硫石膏的粒度在100目以下，即筛子的目数在100目以上。更优选的，所述脱硫石膏的粒度为100～120 μm。

[0034]

本发明中，所述脱硫石膏在原料中的质量比为10％～40％。水泥中脱硫石膏等废渣的添加量越高，越容易影响材料的力学性能，现有技术中水泥配料即使引入脱硫石膏，通常用量在5％以下，最多到10％且需要进行复杂的处理(如水洗、煅烧、中和、陈化等)，而本发明中，通过各种组分的选择与调配，能够使脱硫石膏的添加量达到10％以上且无需对脱硫石膏进行复杂特殊的预处理、仅进行干燥及磨制的简单处理即可，大大提升了脱硫石膏的利用率，减少了固废物的环保压力和治理压力。在本发明的一些实施例中，脱硫石膏的用量为20％、 30％或40％。

[0035]

本发明中，所述通用水泥优选为po 42.5。本发明对所述通用水泥的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，所述通用水泥的粒度在100目以下。粉体粒度与筛子目数的对应关系与前文所述一致，即控制通用水泥的粒度≤150μm，更优选为100～120μm。本发明中，所述通用水泥在原料中的质量比为1％～10％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为5％或10％。

[0036]

本发明中，所述矿渣粉优选为国家标准s95矿渣粉。本发明对所述矿渣粉的来源要求为钢铁厂排出的粒化高炉矿渣经球磨或立磨加工所得的市售品。本发明中，所述矿渣粉的比表面积在400m2/kg以上。本发明中，所述矿渣粉在原料中的质量比为30％～60％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为40％、 50％或60％。

[0037]

本发明中，所述钢渣在使用前优选进行破碎和筛分。本发明中，所述钢渣的粒度在100目以下。粉体粒度与筛子目数的对应关系与前文所述一致，即控制钢渣的粒度≤150μm，更优选为100～120μm。本发明中，所述钢渣在原料中的质量比为5％～30％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为20％或30％。

[0038]

本发明中，所述粉煤灰的粒度优选细度8～12的一级灰。本发明中，所述粉煤灰在原料中的质量比为5％～30％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为 20％或30％。

[0039]

本发明中，所述复合激发剂优选为碱性激发剂和铝酸盐激发剂进行复合，其中碱性激发剂60％～90％，铝酸盐激发剂10％～40％。本发明中，碱性激发剂优选为氢氧化钠，铝酸盐激发剂优选为铝酸钙。本发明中，所述复合激发剂在原料中的质量比为1％～10％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为10％。

[0040]

本发明还提供了一种上述技术方案中所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥的制备方法，包括：

[0041]

将脱硫石膏、通用水泥、矿渣粉、钢渣、粉煤灰、复合激发剂混合球磨，得到脱硫石膏基超硫酸盐水泥。

[0042]

其中，各种原料的种类及用量等均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。

[0043]

本发明提供的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，采用脱硫石膏、通用水泥、矿渣粉、钢渣、粉煤灰、复合激发剂以一定比例搭配形成上述脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其水化机理及水化产物与普通硅酸盐水泥均有所不同。普通硅酸盐水泥的主要水化产物为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、氢氧化钙。超硫酸盐水泥是以碱和硫酸盐共同激发矿渣，水化放热低，其主要水化产物为水化硅酸钙凝胶及二水硫酸钙晶体，具有较好的耐久性，尤其是抗硫酸盐侵蚀性优异，可适用于大体积混凝土工程、道路混凝土工程以及硫酸盐侵蚀环境混凝土工程。

[0044]

本发明通过上述配方设计，采用上述特定原料以一定比例搭配，在大量利用脱硫石膏及其他工业废渣的情况下，还能够提升材料的早期力学性能(即3d 强度)，标准龄期力学性能(即28d强度)。现有技术中的脱硫石膏综合利用手段单一，作水泥缓凝剂掺入量有限，附加值低；而本发明使用脱硫石膏生产超硫酸盐水泥并用于水泥稳定碎石技术有望实现大量消解脱硫石膏和高炉矿渣，实现建设绿色道路的目的，拥有广阔的市场空间。

[0045]

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0046]

以下实施例中，脱硫石膏取自宁夏宝丰集团；通用水泥牌号为po 42.5，购自宁夏赛马水泥厂；矿粉为s95矿粉，购自宁夏悦筑有限公司；粉煤灰为一级灰，取自宁夏大武口电厂；钢渣取自宁夏建龙钢厂。

[0047]

以下实施例中，各原料的主要成分参见表1。

[0048]

表1原料的主要成分

[0049]

成分，wt％al2o3sio2so3caofe2o3mgo矿渣粉13.8828.343.4043.140.496.85脱硫石膏0.612.2442.2351.040.381.76钢渣2.0613.990.3034.4232.225.28粉煤灰22.7635.433.298.115.574.01

[0050] 实施案例一：po 32.5缓凝型脱硫石膏基超硫酸盐水泥

[0051]

目前公路工程水稳基层用到的水泥大多为缓凝水泥，为了实现规模化应用，本发

明专利提供了一种po 32.5缓凝型脱硫石膏基超硫酸盐水泥。

[0052]

参照图1进行原料处理和制备脱硫石膏基超硫酸盐水泥，图1为本发明实施例制备脱硫石膏基超硫酸盐水泥的流程示意图。

[0053]

1、原料处理：

[0054]

将脱硫石膏干燥，得到含水量5wt％的脱硫石膏。

[0055]

将钢渣球磨并过200目筛，得到200目粉料。

[0056]

将矿渣球磨并过100目筛，得到100目矿粉。

[0057]

2、水泥原料配方：

[0058]

脱硫石膏30～40％，通用水泥1～5％，矿渣粉15～25％，钢渣1～5％，粉煤灰20～30％，复合激发剂1～5％，1～3

‰

糖类缓凝剂。混磨配料：将上述原料放入球磨机，球磨介质为不锈钢，球料比为1.0，于转速300r/min下球磨1h，得到脱硫石膏基超硫酸盐水泥料。各技术参数见表3。

[0059]

3、制备水泥胶砂：

[0060]

参照国标《gb/t 175－2008水泥胶砂强度检验方法》的方法将脱硫石膏基超硫酸盐水泥料与水、标准砂混合搅拌，装入模具，养护并检测其抗折强度和抗压强度。

[0061]

其中，制备水泥胶砂的过程如下：

[0062]

按照标准砂与水泥料质量比3.0配料，并按水与配料质量比0.5加入水，在 jj-5型胶砂搅拌机中搅拌均匀后，装入模具，在zs-15型胶砂振动台振动均匀后得到脱硫石膏基水泥胶砂。所得胶砂试块强度见表2。

[0063]

4、制备水泥稳定碎石：

[0064]

参照行标《jtg e51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的方法将脱硫石膏基超硫酸盐水泥与集料、水混合测试无侧限抗压强度，按照先后顺序包括以下步骤：

[0065]

步骤一：设计一种骨料密实型的水泥稳定碎石级配，级配石灰石粒径分布为：细集料的含量为35％，粗集料的含量为65％，其中，4.75mm筛孔通过率为35％，9.5mm筛孔通过率为55％，19mm筛孔通过率80％，25mm筛孔通过率为100％；

[0066]

步骤二：将5.5kg的级配碎石及2％级配碎石质量的外掺水置于封口塑料袋内浸润24h备用；

[0067]

步骤三：将浸润完全的试料倒入拌和锅并加入2.8％级配碎石质量的外掺水拌合30s；

[0068]

步骤四：在拌和锅中加入脱硫石膏基超硫酸盐水泥，掺量为5％配碎石质量，拌合90s；

[0069]

步骤五：将水泥稳定碎石击实后在25℃，95％相对湿度的环境下根据需求养生至相应龄期，(实验室条件下需在25℃，95％相对湿度的环境中放置8小时后脱模)。

[0070]

所得脱硫石膏基超硫酸盐水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度为5.90mpa，28d 无侧线抗压强度为7.85mpa，符合行标《jtg/t f20—2015公路路面基层施工技术细则》重交通要求。

[0071]

实施案例二：po 42.5型脱硫石膏基超硫酸盐水泥

[0072]

为了拓宽应用场景，提高脱硫石膏基超硫酸盐水泥利用率，本发明专利提供了一种po 42.5型脱硫石膏基超硫酸盐水泥，该水泥可以用于附属工程和预制构件。

[0073]

1、原料处理：同实施例1。

[0074]

2、水泥原料配方：

[0075]

脱硫石膏20～30％，通用水泥5～10％，矿渣粉25～35％，钢渣15～25％，粉煤灰5～10％，复合激发剂1～5％。混磨配料：同实施例1。各技术参数见表3。

[0076]

3、制备水泥砂浆：同实施例1。

[0077]

4、按照c40制备水泥混凝土；参照行标《jgj 55-2011普通混凝土配合比设计规程》的方法将脱硫石膏基超硫酸盐水泥与集料、水混合测试抗压、抗折强度，按照先后顺序包括以下步骤：

[0078]

步骤一：配料，按照c40混凝土配合比将脱硫石膏基超硫酸盐水泥与集料、水通过搅拌釜拌和均匀而得到拌和料；

[0079]

步骤二：产品成型；

[0080]

步骤三：养护，养护工艺包括蒸汽养护和自然养护。

[0081]

所得脱硫石膏基超硫酸盐水泥混凝土7d抗压强度为24.7mpa，抗折强度3.3mpa；28d抗压强度为45.2mpa，抗折强度5.2mpa，符合国标《gb/t50107-2010 混凝土强度检验评定标准》要求。

[0082]

实施案例三：po 52.5型脱硫石膏基超硫酸盐水泥

[0083]

为了满足部分场景要求，本发明专利提供了一种po 52.5型脱硫石膏基超硫酸盐水泥，该水泥可以用于高强等级混凝土、快速修补工程。

[0084]

1、原料处理：同实施例1。

[0085]

2、水泥原料配方：

[0086]

脱硫石膏20～30％，通用水泥5～10％，矿渣粉35～45％，钢渣10～20％，粉煤灰1～5％，复合激发剂5～10％。混磨配料：同实施例1。各技术参数见表3。

[0087]

3、制备水泥砂浆：同实施例1。

[0088]

4、按照c50制备水泥混凝土；其它同实例2。

[0089]

所得脱硫石膏基超硫酸盐水泥混凝土7d抗压强度为27.9mpa，抗折强度 4.4mpa；28d抗压强度为57.3mpa，抗折强度7.9mpa，符合国标《gb/t50107-2010 混凝土强度检验评定标准》要求。

[0090]

表2实施例1～3所得水泥胶砂试块的性能

[0091] 抗折强度，mpa抗折强度，mpa抗压强度，mpa抗压强度，mpa 3d28d3d28d实例13.35.714.436.6实例24.37.817.846.4实例35.18.522.667.9

[0092] 表3实施例1～3所得水泥技术参数

[0093][0094]

由表2和表3测试结果可知，通过提高石膏和粉煤灰掺量，可以有效地提高凝结时间，在符合325水泥强度要求的基础上进一步满足道路基层工程用需要。实施例2中通过降低脱硫石膏掺量，提高钢渣掺量，在降低凝结时间的同时，提高了早期强度，使产品成型更快，强度更高。实施例3中进一步提高了矿渣掺量，同时调整了复合激发剂含量，与实施例1相比，28d抗压强度提高更为明显，初凝时间的大幅度缩短也使其可以应用于快速修补工程。实例1～3的各项技术指标均符合规范要求，性能较为稳定。

[0095]

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。技术特征：

1.一种脱硫石膏基超硫酸盐水泥及其制备方法，其特征在于，包括以下质量比的组分：2.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述脱硫石膏均为二水石膏。3.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述脱硫石膏的含水量≤15wt％。所述脱硫石膏的比表面积为300～500m2/kg。4.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述复合激发剂由碱性激发剂、铝酸盐激发剂组成。所述复合激发剂的各组分按质量比计为；碱性激发剂60％～90％，铝酸盐激发剂10％～40％。5.根据权利要求1或4所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述碱性激发剂至少一种选自于硅酸钠、氢氧化钠、或碳酸钠。6.根据权利要求1或4所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述铝酸盐激发剂至少一种选自于铝矾土、铝酸钠、或铝酸钙。7.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述矿渣粉均为高炉矿渣；所述高炉矿渣的来源包括钢铁厂排出的粒化高炉矿渣；所述矿渣粉的比表面积为400～500m2/kg；所述矿粉为s95矿渣粉。8.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述粉煤灰为电厂产一级灰。9.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述通用水泥包括硅酸盐水泥和/或普通硅酸盐水泥。10.根据权利要求1所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，其特征在于，所述钢渣的粒度在100目以下。11.一种权利要求1～10中任一项所述的脱硫石膏基超硫酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括：将脱硫石膏、通用水泥、矿渣粉、钢渣、粉煤灰、复合激发剂混合球磨，得到脱硫石膏基超硫酸盐水泥。12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述组分在混合前先各自进行粉磨

以达到粒径要求。

技术总结

本发明提供了一种脱硫石膏基超硫酸盐水泥及其制备方法。本发明提供的脱硫石膏基超硫酸盐水泥，包括以下质量比的组分：脱硫石膏10％～40％、通用水泥1％～10％、矿渣粉30％～60％、钢渣5％～30％、粉煤灰5％～30％、复合激发剂1％～10％。本发明采用脱硫石膏、钢渣、高炉矿渣、粉煤灰等工业固废与水泥熟料、复合激发剂以一定比例搭配，其中，脱硫石膏的用量在20％以上，大量利用了脱硫石膏及其他工业废渣、降低了工业废弃物对环境的污染，同时显著提升了材料的早期力学性能，还通过调整配比形成强度梯度使其可以应用于不同工程场景。成强度梯度使其可以应用于不同工程场景。成强度梯度使其可以应用于不同工程场景。

技术研发人员：张志涛 贾小龙 陈浩旭 门光誉 惠迎新 冯玉钏 万磊 杨洋 虎占辉 张伟

受保护的技术使用者：宁夏交建交通科技研究院有限公司 宁夏嘉惠道路资源再生利用有限公司

技术研发日：2022.05.20

技术公布日：2022/7/12 一种钛铁矿的冶炼新工艺的制作方法

【专利摘要】一种钛铁矿的冶炼新工艺，是一种金属冶炼技术，尤其是一种在钛铁矿的冶炼新工艺。该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是：首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状；第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧；第三，焙烧完成后冷却出炉；最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。本发明工艺不仅节能环保，还能避免出现电炉中的物料塌料和翻渣现象，保障生产人员的生产安全。

【专利说明】一种钛铁矿的冶炼新工艺

【技术领域】

[0001]本发明是一种金属冶炼技术，尤其是一种在钛铁矿的冶炼新工艺。【背景技术】 钛是一种化学元盡，化学符号Ti，原子序数22，是一种银白色的过渡金属。钛的密度为

4.506-4.516克/立方厘米(20°C),高于铝而低于铁、铜、镍,佰比强度位于金属之首。熔点1668±4°C。钦具有可塑件，高钝钛的延伸率可汰50-60%，断面收缩率可达70_80%。

[0002]钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，被应用于航空、航天等高科技领域，并不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资，也是衡量一个国家工业规模的重要指标。

[0003]在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁，居第四位，中国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界探明储量的38.85%，主要集中在_、云南、亡东、广西及迤直等地。钛的主要矿石是金红石TiO2、钛铁矿FeTiO3和钙钛矿，存在分散难以提取。

[0004]制取金属钛的原料主要为金红石和钛铁矿FeTiO3,金红石中含TiO2大于96%。缺少金红石矿的国家则采用钛铁矿制成高钛渣，其中含TiO2在90%左右。因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料，即高钛渣和人造金红石来制取金属钛。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。

[0005]电炉法是目前工业上钛铁矿制取富钛料的一种高效方法，该方法采用碳作为还原剂，对钛铁矿进行微波碳热还原，以获得TiO2，但存在生产成本高、耗能大等问题。

[0006]以云南富民产钛铁矿冶炼为列，该钛铁矿中含TiO2约42~46%，Fe约31~35%，采用自焙电极敞口式的电炉冶炼熔炼高钛渣，TiO2含量可达到72、2%以上。其具体的冶炼工艺是将钛铁矿破碎后与焦煤或木炭等含碳物料混合配料，并进入电炉中进行冶炼，然后出料渣铁分离，破碎筛分，经磁选有形成高钛渣。该方法中主要涉及的反应式为:

FeTi03+C=Fe+Ti02+C0 ；

FeTi03+C0=Fe+Ti02+C02 ；

C02+C=2C0 ；

常见的电炉，其额定容量6300kVA，一次可冶炼钛铁矿20吨，电炉电耗量在6300kw.h，在冶炼TiO2含量大于92%的高钛渣时，需要冶炼6小时出渣，按一度电0.5元计算，电力费用在18900元，其耗电量相当大。与此同时，敞口式电炉冶炼还会存在塌料和翻渣的情况，导致电压电流的不稳定，造成热料四处喷溅导致发生加料人员灼烫事故，冶炼过程环境

亚少

[0007]目前，为实现钛铁矿电炉法高效低耗的制备富钛料，对电炉法制备高钛渣技术进行了多方面的优化研究，提出低温还原钛铁矿生产高钛渣的方法，发现了在760 °C条件下恒温30 min基本上将铁从钛精矿中还原出来这一低温反应现象，但是要实现该工艺需要钛精矿的颗粒度在广2 um，一般球磨机难以实现这一目标，即使能够达到，也将耗费大量能量，因此无法实现规模化的工业应用。

【发明内容】

[0008]本发明的目的就是解决目前采用自焙电极敞口式的电炉冶炼熔炼高钛渣低效高耗能的问题，提出一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺能够降低生产成本，提高电能利用率，并保证高钛渣的质量，使其符合相关国家标准要求。

[0009]本发明的一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是:

首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状；

第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧； 第三，焙烧完成后冷却出炉；

最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。

[0010]其中，所述的含碳物料为焦煤，按重量份，钛铁矿:含碳物料=1:0.08、.12的比例进行混料。钛铁矿的微波还原速率与物料中含碳量关系十分密切。当物料中的初始含碳量小于20%时，还原速率随着含碳量的增加而明显加快；但当含碳量大于20%时，进一步增加含碳量对还原速率没有明显的影响。

[0011]所述的真空炉窑是一种真空砖瓦窑或竖窑。传统的，工业窑炉分为工业窑和工业炉，主要是指那些利用燃烧反应把材料加热的装置。“窑”多应用于硅酸盐工业系统，如生产陶瓷、玻璃、水泥等产品的炉子。“炉”则多用于冶金和机械系统，主要用来冶炼和制备钢铁和各种有色金属材料。相对而言，在焙烧钛铁矿块时采用窑更能提高效率，降低成本。

[0012]所述的真空砖瓦窑是一种单风道轮窑。在砖瓦窑中，按结构现有的种类有隧道窑、晾晒型轮窑、人工干燥室轮窑、直型轮窑和单风道轮窑等种类。隧道窑是目前自动化程度最高的窑，该窑自动化程度高，设计先进的能达到全程监控并自动化装出窑，降低了劳动强度并节省大量的人力资源。但是缺点是该窑投资巨大(日产量十万块标砖的规模，总投资四百多万元左右)，且生产过程中维修费用过高，生产成本控制难度高，难以在实现规模化的工业化应用。因此采用单风道轮窑砖瓦窑才能实现降低生产成本，实现工业化生产的目的。

[0013]所述的钛铁矿堆垛方式采用纵横交错的间隔堆放方式，以提高热量的流动性。

[0014]所述的钛铁矿焙烧是在60(T800°C下焙烧48小时。

[0015]焙烧完成，在真空环境下需要冷却到400°C以下后再出炉，否则焙烧好的钛铁矿将在高温下会被氧化。

[0016]本发明的钛铁矿冶炼新工艺，将钛铁矿预还原后再进入电炉中冶炼，能够大大减低电炉的耗电量，但又无需将钛铁矿研磨到IOum以下，符合现有的钛铁矿冶炼技术发展水平，是一种能够广泛推广，且具备工业化应用的新冶炼工艺。该工艺不仅节能环保，还能避免出现电炉中的物料塌料和翻渣现象，保障生产人员的生产安全。

【具体实施方式】

[0017]实施例1:用本发明的新工艺，对产自云南富民钛铁矿进行冶炼。该原矿洗矿后，钛铁矿中含TiO2约45%，Fe约35%。具体的工艺步骤如下:

(I)破碎的钛铁矿与焦煤进行混合，每吨钛铁矿中混入焦煤0.1吨。[0018](2)将混合后的物料在高压打砖机上压制成块状。

[0019](3)压制成块的钛铁矿按烧砖堆放的方式堆垛在真空炉窑中进行焙烧，焙烧的温度保持800°C，焙烧48小时。

[0020](4)焙烧完成后真空下进行冷却至400°C以下，然后出炉。

[0021](5)出炉的块状钛铁矿破碎后投入6300kVA电炉中进行冶炼，在冶炼温度120(Tl800°C，可实现连续投料。

[0022](6)冶炼完成出料，渣铁分离并获得高钛渣。

[0023]经上述工艺冶炼后的高钛渣，其TiO2含量在75、2%，符合国家标准，但大大降低了耗能，具体体现如下表。

【权利要求】

1.一种钛铁矿的冶炼新工艺，该工艺是将破碎的钛铁矿进入电炉中进行冶炼，然后出料，渣铁分离并获得高钛渣，其特征在于该钛铁矿在进电炉冶炼前首先进行预还原处理，其具体冶炼过程是: 首先，将破碎后与含碳物料混合的钛铁矿压制成块状； 第二，将压制成块的钛铁矿在真空炉窑中进行堆垛焙烧； 第三，焙烧完成后冷却出炉； 最后，将出炉的钛铁矿投入电炉中冶炼。

2.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于按重量份，钛铁矿:含碳物料=1:0.08~0.12的比例进行混料。

3.如权利要求2所述的所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于含碳物料为焦煤。

4.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的真空炉窑是一种真空砖瓦窑或竖窑。

5.如权利要求4所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的真空砖瓦窑是一种单风道轮窑。

6.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的钛铁矿堆垛方式采用纵横交错的间隔堆放 方式，以提高热量的流动性。

7.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于所述的钛铁矿在真空炉窑中焙烧是在60(T80(TC下焙烧48小时。

8.如权利要求1所述的一种钛铁矿的冶炼新工艺，其特征在于焙烧完成，在真空环境下需要冷却到400°C以下后再出炉。

【文档编号】C22B4/04GK103555947SQ201310569832

【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日

【发明者】李海鸥 申请人:李海鸥