铝灰替代部分高铝矾土制备铝酸盐水泥熟料的研究

铝灰是铝和铝制品加工工业排放的固体废物,有效铝成分（铝单质和氧化铝）含量高,具有替代高铝矾土的潜力。本研究以铝灰部分替代高铝矾土配制了铝酸盐水泥生料,利用同步热分析（TG-DSC）确定了生料的煅烧制度;利用X射线衍射（XRD）等方法研究了铝灰的替代掺入对所制备铝酸盐水泥熟料矿物组成的影响;此外,对所制备铝酸盐水泥的物理力学性能进行了分析。研究结果表明,铝灰可以部分替代高铝矾土制备铝酸盐水泥熟料,所制得的铝酸盐水泥熟料经磨细制备的铝酸盐水泥满足GB/T 201—2015《铝酸盐水泥》CA50级铝酸盐水泥要求,不仅降低了铝酸盐水泥的生产成本,还实现了资源综合利用。     

用硬化水泥石配料的硅酸盐水泥熟料烧成特性与力学性能

为探究硬化水泥石部分替代水泥生料对熟料烧成的影响,研究了硬化水泥石在高温（1 000～1 450℃）下的煅烧特性,进而研究了相同率值下不同硬化水泥石掺量（0、10%、20%和30%）与不同煅烧温度（1 350、1 400℃和1 450℃）对水泥生料的易烧性与熟料性能的影响规律。结果表明：硬化水泥石经过高温煅烧后,在1 300℃时会再次生成C₃S。硬化水泥石替代部分硅酸盐水泥生料会降低液相出现的温度与C₃S的表观活化能,其最佳掺量为20%。硬化水泥石的掺入会稳定C₂S的晶型导致C₃S形成困难,同时使C3S的晶型由R型向M型转变。与分析纯原料作为水泥生料相比,适量硬化水泥石（20%）作为水泥生料掺入会提高熟料后期的力学性能,这可能与熟料中C₃S晶型差异、C₂S活性差异以及熟料矿相的发育质量有关。     

伊利石合成磷酸硅铝分子筛及其表征

采用碱熔活化方法对伊利石进行活化,系统地考察了煅烧温度、煅烧时间、矿物粒度、矿碱质量比等条件对伊利石活化的影响;以活化伊利石为主要硅、铝源,采用水热法合成磷酸硅铝分子筛（SAPO-11）,系统地考察模板剂种类、模板剂用量、投料硅铝物质的量比、晶化温度等合成条件对产物结构和性质的影响。利用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等分析手段对活化产物和合成的分子筛进行了分析表征,结果表明,伊利石的最佳碱熔活化条件为煅烧温度为800 ℃、煅烧时间为90 min、伊利石矿粒径为75 μm、矿碱质量比为1∶0.8,经活化后伊利石的晶型结构基本完全被破坏,活化产物主要是高活性的低聚合态硅铝酸盐,化学反应活性较高;在原料配比为n（三氧化二铝）∶n（五氧化二磷）∶n（模板剂）∶n（二氧化硅）∶n（水）=1∶1∶1∶0.5∶50、水热晶化温度为190 ℃、晶化时间为24 h时成功合成结晶度较高的纯相SAPO-11分子筛,合成的SAPO-11分子筛具有较大的比表面积,样品主要由粒径为1~3 μm的椭球状颗粒组成,该合成方法丰富了磷酸硅铝（SAPO）分子筛的原料来源,拓展了中国伊利石的高附加值利用途径。     

全固废高贝利特-硫铝酸盐水泥熟料矿物的形成研究

以脱硫石油焦渣、粉煤灰及电石渣等工业固体废弃物为主要原料，辅掺少量铝矾土，烧制一种以无水硫铝酸钙（C4A3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF）为主要矿物的绿色高贝利特硫铝酸盐水泥熟料。利用XRD和TG-DSC相结合的分析方法研究了煅烧温度、煅烧时间及升温速率对水泥熟料烧成的影响。结果表明：该水泥熟料的烧成温度在1?200~1?300 ℃之间，煅烧区间为100 ℃，最佳煅烧温度为1?280 ℃，保温时间45 min及升温速率10 ℃/min，该煅烧条件下制得的水泥熟料1 d、3 d、28 d强度分别可达32.7 MPa、37.5 MPa和58.5 MPa，当煅烧温度高于1?300 ℃或煅烧时间过长时，容易造成C4A3S的分解，从而影响水泥熟料性能。     

高铝硫比硫铝酸盐水泥熟料矿物烧成研究

在铝硫比为3.8-4.6的范围内,研究了其对硫铝酸盐水泥熟料矿物烧成的影响,确定了不同铝硫比熟料的烧成温度范围,采用XRD、SEM等分析测试方法分析了熟料矿物组成和形貌,测定了水泥的力学性能。结果表明：铝硫比增大会使烧成温度升高,铝硫比增大到4.6时,烧成温度上限达到1425℃;铝硫比越大,C4A3S实际含量与设计含量越接近;通过测定制备的熟料化学成分,求得当熟料的矿物组成为60%-70%的C4A3S、15%-20%的C2S、5%左右的C12A7以及少量的C4AF时,所配水泥具有良好的早强性能和较高的抗折强度。     

铝酸钙水泥-矿渣体系的CO2腐蚀行为及微观结构研究

针对CO₂易腐蚀硅酸盐水泥石、破坏水泥石结构完整性、诱发层间封隔失效等问题，本文利用矿渣改性铝酸钙水泥，研究了铝酸钙水泥-矿渣体系在60、80、100、120℃和纯CO₂条件下的抗压强度变化规律，并采用X射线衍射仪、热重分析仪和扫描电子显微镜测试了CO₂腐蚀对铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物及微观结构的影响。结果表明：与纯铝酸钙水泥石相比，矿渣使铝酸钙水泥石水化产物转变为C₂ASH₈,大幅提高了水泥石早期抗压强度。当铝酸钙水泥与矿渣质量比为5∶5时，60℃养护14 d的铝酸钙水泥抗压强度提高了215.4%。经CO₂腐蚀后，铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物由C₂ASH₈转变为C₂AS,并有CaCO₃生成，腐蚀层的致密程度增加，相同温度下水泥石的抗压强度随腐蚀时间增加而增大。     

硫铝酸盐水泥的研究

分别用X射线、差热、岩相、电子显微镜和化学分析等方法研究了不同温度下煅烧的不同铝硅比、碱度和铝硫比的硫铝酸盐水泥熟料的矿物形成规律,并研究了用这种熟料和矿物所配制的水泥系列的水化、硬化和性能。研究结果表明:在CaO-Al_2O_3-SiO_2-SO_3系统中,由于SO_3的作用可抑制C_2AS的形成;适当的煅烧温度可使2C_2S·CaSO_4分解,从而可以形成以C_4A_3S和C_2S为主要矿物的熟料。在用这一熟料配制水泥时,通过调节掺加二水石膏量的方法可以调节水泥浆体中钙矾石及其他水化相的形成时间和数量,从而获得早强、微膨胀、膨胀和自应力水泥系列。这一水泥系列已有工业规模的生产,硫铝酸盐自应力水泥用于制造自应力水泥压力管;硫铝酸盐微膨胀和早强水泥主要用于抢修、抗渗、负温等工程。     

硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥研究进展

硫铝酸盐水泥具有煅烧温度低、CO₂排放少、快硬早强以及抗冻抗渗等优良特性,在建材、固废领域具有广阔的应用前景,并衍生出贝利特-硫铝酸钙、贝利特-硫铝酸钡钙等一系列硫铝酸盐水泥。然而,硫铝酸盐水泥主要矿物成分贝利特(β-C₂S)具有水化活性低、水化速度慢的缺点,易导致水泥后期强度增长缓慢。硫硅酸钙(C₅S₂$\bar{\text{S}}$)曾被认为是一种“惰性”矿物,但在硫铝酸盐体系下可表现出比β-C₂S更强的水化活性,因此硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥(TSAC)的研究具有重要意义。本文从C₅S₂$\bar{\text{S}}$矿物的形成和水化、TSAC的制备和性能等方面,综述了C₅S₂$\bar{\text{S}}$和TSAC的研究现状,并提出了TSAC需进一步研究和解决的问题,如固废原料探寻、TSAC性能调控以及TSAC熟料矿物组成优化等,以期为新型低碳水泥的研究和应用提供积极有利的参考和支持。     

煤矸石提铝尾渣水热法制备介孔硅酸钙研究

以煤矸石亚熔盐法提铝尾渣为原料,采用水热法脱钠制备介孔硅酸钙。考察了碱浓度、液固比、反应温度和反应时间对终渣氧化钠含量和介孔硅酸钙生成的影响。对提铝尾渣水热反应前后分别做XRF、XRD、SEM和BET分析,结果表明：在反应温度为190 ℃、碱质量浓度为30 g/L、液固质量比为8时,尾渣氧化钠质量分数可由反应前的19.28%降至0.92%,物相由反应前的硅酸钠钙（NaCaHSiO₄）转化为水化硅酸钙[Ca₅（OH）₂Si₆O₁₆·4H₂O],其孔径主要分布在2~20 nm。反应符合化学反应过程控制,表观活化能为23.11 kJ/mol。     

钙铝比对11.3CaO·7Al2O3微观结构及其溶出性能的影响

通过高温烧结法在不同钙铝比（C/A）的条件下合成了铝酸钙熟料。利用XRD对不同C/A下合成产物进行物相分析,对含量进行半定量分析,并计算其晶格常数。采用SEM观察不同C/A下合成产物的显微结构,并通过EDS佐证所得物相;最后研究了不同C/A下氧化铝的溶出性能。结果表明：当C/A<1.6时得到的产物为CaO·Al₂O₃和11.3CaO·7Al₂O₃（C_11.3A₇）,且随着C/A的增大,C_11.3A₇的含量增高,氧化铝的溶出率提高;当C/A＝1.6时得到的产物只有C_11.3A₇,溶出率达到最大;当C/A>1.6时由于3CaO·Al₂O₃的形成,溶出率有所降低。C_11.3A₇晶格中CaO的缺失,促进了溶出反应的进行。     

烧成温度对钛基铝酸盐水泥性能的影响

以钛铁渣和氧化钙为原料，在Al₂O₃-CaO-TiO₂系相图的CaAl₂O₄-CaAl₄O₇-CaTiO₃三角形中选择Al₂O₃、CaO、TiO₂质量分数分别为58%、34%、8%的组成点作为配料点，其铝酸盐碱度系数为0.9。经配料、混合、成型后分别在1 300、1 400和1 450℃保温30 min,待炉内温度冷却至接近1 200℃时，取出置于空气中急冷，再粉磨至0.088 mm方孔筛筛余≤10%,制得水泥熟料试样，然后分析其物相组成和显微结构，检测其凝结时间和强度。结果表明：随着烧成温度的提高，水泥熟料中的CA₂量逐渐增多，C₁₂A₇量逐渐减少。1 400℃烧成后水泥熟料试样中的CA量最多，凝结时间最短，早期强度最高。     

垃圾焚烧飞灰制备硫铝酸盐水泥的安全性研究

采用垃圾焚烧飞灰辅以其他校正原料,控制碱度、铝硫比和铝硅比分别为1.05、2.5和3,煅烧制得硫铝酸盐水泥熟料,研究了石膏对硫铝酸盐水泥性能及水化过程的影响,并采用不同浸出试验方法分析硬化水泥浆体中重金属的浸出特性。结果表明:以垃圾焚烧飞灰可成功煅烧制得以C4A3S和C2S为主的硫铝酸盐水泥熟料,石膏影响熟料中C4A3S的水化程度和钙矾石生成量,有助于硫铝酸盐水泥早期强度发展;而熟料中C2S持续水化有助于水泥后期强度的稳定增长;采用醋酸作浸出液相对去离子水,使得重金属浸出浓度有所增加;破碎和完整的试样在去离子水、醋酸溶液中重金属浸出浓度均远低于相关标准关于毒性浸出浓度的最高限值。     

国外水泥期刊要览

<正>先进的代用粘结剂近年来,硫铝酸盐(CSA)和硫铝酸盐贝利特(CSAB)粘结剂技术及新开发的贝利特—硫铝酸盐—特尼西特水泥(BCT),均能用普通水泥技术生产。原料用石灰石、白垩、粘土及铝矾土、硫酸盐等。煅烧温度约1250℃~1350℃,熟料易粉磨。BCT水泥的机械性能是以硫铝酸盐贝利特水泥为基础,取决于熟料/水泥成分、熟料煅烧和冷却程序。生产中产生的NOx和SOx排放量与普通水泥持平或低些。迄今为止,建筑上使用的硫铝酸盐水泥结构件由于各种问题及耐久性等问题未能在工业和市场大量应用。     

利用钙铝渣和低品位铝矾土制备贝利特硫铝酸盐水泥的研究

根据硫铝酸盐水泥的成分特点,将钙铝渣与低品位铝矾土、石灰石、天然石膏等原料配合,在1320℃下烧制出了物理力学性能良好的贝利特硫铝酸盐水泥熟料。测试结果表明,该贝利特硫铝酸盐水泥3d和28d抗压强度分别可达28.9MPa和42.4MPa,且凝结性能正常。     

铝、铝硅溶胶及其粉末的合成

以硝酸铝为铝源、硅溶胶为硅源、柠檬酸为稳定剂,采用溶胶凝胶法制备出了稳定的铝溶胶及铝硅溶胶,分析了硝酸铝与柠檬酸的摩尔比(N/C比)、反应温度、保温时间对铝溶胶形成的影响,确定N/C比3:1、100℃及保温1h是铝溶胶较优的工艺参数。XRD分析表明,经1200℃煅烧2h后,铝凝胶粉转变成了α-Al2O3晶相,铝硅凝胶粉末经1200℃煅烧2h后,样品主要为正交莫来石结构,SEM显示所得粉末为无规则形态。     

加碱煅烧活化粉煤灰工艺参数研究

研究了以碳酸钠为助剂活化粉煤灰的煅烧工艺。采用滴定法测定不同煅烧条件（煅烧温度和煅烧时间）所得活化粉煤灰溶解在氢氧化钠溶液中的硅、铝浓度,并采用X射线衍射（XRD）表征不同煅烧条件（灰碱质量比）所得活化粉煤灰的物相组成,得出粉煤灰较佳煅烧工艺参数：煅烧温度为875 ℃,保温时间为1.5 h,粉煤灰与碳酸钠的质量比为1∶0.87。煅烧后的产物主要以可溶性的硅铝酸钠（NaAlSiO₄）和硅酸钠（Na₂SiO₃）为主,原粉煤灰中的石英、莫来石基本消失,粉煤灰得到充分活化。     

煅烧温度对菱镁矿尾矿制备MgO-MgAl2O4-Mg2SiO4复相多孔材料性能的影响

以菱镁矿尾矿和二次铝灰为原料，按m(菱镁矿尾矿)∶m(二次铝灰)=7∶3配料，混料、成型后分别经1 200、1 300、1 400和1 500℃煅烧，制备了MgO-MgAl₂O₄-Mg₂SiO₄试样，并研究了煅烧温度对其性能的影响。结果表明：随着煅烧温度的升高，试样的体积密度和线收缩率随之增大，常温耐压强度基本呈增大的趋势，而显气孔率相应减小；当煅烧温度从1 300℃升高到1 400℃时，显气孔率变化尤为明显，分析认为这与镁铝尖晶石的形成有关。在满足显气孔率超过40%的条件下，试样经1 300℃煅烧后的常温耐压强度较高。因此，最佳煅烧温度为1 300℃。     

CeO2对形成镁铝尖晶石转变温度的影响

采用固相烧结法合成镁铝尖晶石粉末,通过X射线衍射分析尖晶石的相变转变温度。结果表明：CeO₂对相变反应具有促进作用,添加3%CeO₂能够使尖晶石的相变转变温度由1500℃降低到1300℃;随着温度的升高,尖晶石生成量增加。加入稀土CeO₂含量大于1%时,随着CeO₂含量的增加,稀土CeO₂对尖晶石的相变温度的促进作用增强;CeO₂含量小于3%时,保温时间对尖晶石的形成影响不大,在1500℃下,当CeO₂含量为5%时,随着保温时间的延长,尖晶石的含量增加。对温度、保温时间和稀土加入量综合考虑,生产中添加3%CeO₂,1300℃煅烧保温2h为宜。     

反应吸附强化C2/C3烃水蒸气重整制氢反应热力学计算

为拓宽反应吸附强化水蒸气重整制氢（ReSER）原料的应用范围,采用化工流程模拟软件Aspen Plus,针对包括C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈ 的C2/C3轻烃 ReSER制氢反应可行性和优化条件进行热力学分析计算。在选择的反应压力0.1～5 MPa,温度200～800℃,水碳摩尔比（S/C）1～8和吸附剂中氧化钙和原料碳摩尔比（Ca/C）0～5条件下进行热力学分析计算。计算结果表明：在优选的水碳比（S/C）4,钙碳比（Ca/C）2.5,温度200～650℃,压力0.1～1.8 MPa的条件下, C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈均可分别通过ReSER反应获得H₂含量在95%以上的产物,产物中H₂浓度均随着水碳比和钙碳比的增大而提高。在假设的水碳比4,钙碳比2.5条件下,当CO₂脱除率达到0.9以上,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度分别高于250、400、250、350℃时,产物中H₂摩尔分数均可达到95%以上,产物中的H₂浓度随着反应温度的升高和CO₂脱除率的增加而提高。当CO₂脱除率低于0.9,产物H₂摩尔分数要达到95%时,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度均需升高50℃。在相同长度C链的烃类中,烯烃比烷烃更容易发生ReSER反应。而原料的碳链越长,则越容易发生ReSER制氢反应。     

氢氧化铝制备α-Al2O3微观结构分析

为研究氢氧化铝制备α-Al₂O₃过程中的相转变和微观结构的变化,以氢氧化铝为原料,研究了不同煅烧温度（500、800、900、1 100、1 200、1 300℃）下氢氧化铝的相变过程和显微结构的变化。结果表明：1)在500℃时,一部分三水铝石脱除结晶水转化为一水软铝石;500～800℃时,三水铝石和一水软铝石继续脱除结晶水转化为氧化铝过渡相。2)在800～1 200℃时,氧化铝过渡相之间进行相转变;1 300℃时,过渡相全部转化为α-Al₂O₃。3)煅烧温度为800℃时生成的γ-Al₂O₃和η-Al₂O₃比表面积最大,活性最高,为催化剂载体和提高电池循环寿命提供了新途径。