一种铁铝酸盐水泥及其制备方法.pdf

一种铁铝酸盐水泥及其制备方法，涉及建筑材料领域，包括以下质量百分比的各个组分：（1）铁铝酸盐水泥熟料60.0%-80.0%；（2）纳米氧化锆1.0%-5.0%；（3）稀土氧化物2.0%-5.0%；（4）磷铁渣或硅铁渣5.0%-20.0%；（5）锌锡尾矿5.0%-15.0%；（6）石膏2.5%-5.0%。该铁铝酸盐水泥的制备方法，包括：（1）备料；（2）粉碎；（3）粉磨。本发明提供的铁铝酸盐水泥，不仅具有凝结速率快、早强高强的特点，同时化学性能稳定，具有一定的耐腐蚀性能和防冻性能，能够在不同场合下使用，是一种较为理想的特种水泥材料。

1.  一种铁铝酸盐水泥，其特征在于，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料60.0%-80.0%；
（2）纳米氧化锆1.0%-5.0%；
（3）稀土氧化物2.0%-5.0%；
（4）磷铁渣或硅铁渣5.0%-20.0%；
（5）锌锡尾矿5.0%-15.0%；
（6）石膏2.5%-5.0%。

2.  根据权利要求1所述的铁铝酸盐水泥，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化镨、氧化钇或氧化镧。

3.  根据权利要求2所述的铁铝酸盐水泥，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化钇。

4.  根据权利要求1所述的铁铝酸盐水泥，其特征在于：所述石膏为脱硫石膏。

5.   一种根据权利要求1所述的铁铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将磷铁渣或硅铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为100-150um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为25-50um，即得到铁铝酸盐水泥。

6.  根据权利要求5所述的铁铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于：步骤（2）中粉体的平均粒径为100um。

一种铁铝酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种铁铝酸盐水泥及该水泥的制备方法。
背景技术
铁铝酸盐水泥与硫铝酸盐水泥均为中国发明制造，其中铁铝酸盐水泥于20世界80年代开始生产并使用，与硫铝酸盐水泥一样，铁铝酸盐水泥为称为第三系列水泥，其中第一系列为硅酸盐水泥系列产品，铝酸盐水泥系列产品通称第二系列水泥。铁铝酸盐水泥同样具有早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点。现有的铁铝酸盐水泥分为快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、自应力铁铝酸盐水泥等几个水泥品种，已在中国已得到广泛应用。
申请号为201010150254.3  的专利文献“一种铁铝酸盐水泥及其制备方法”，公开了一种铁铝酸盐水泥及其制备方法，其技术方案是：将提取钛及钛合金后的残渣在熔融态下，加入该残渣量50～70wt%的石灰石和该残渣量20～30wt%的铁鳞，熔融后自然冷却，然后经破碎后粉磨至比表面积大于3000cm²/g，制得含铁铝酸盐水泥；或将提取钛及钛合金后的残渣冷却后，加入该残渣量50～70wt%的石灰石和该残渣量20～30wt%的铁鳞，混合共磨至粒度<0.088mm，在100～150MPa压力条件下成型，在1350～1400℃条件下煅烧1～3h，冷却后取出破碎，粉磨至比表面积大于3000cm²/g，制得含铁铝酸盐水泥。由此可知，该技术方案的特点是想利用残渣提高性能，一方面达到了废弃资源的再利用，另一方面试图提高性能，但是其效果有效，制备的铁铝酸盐水泥强度适中，并没有达到较为理想的标准。
申请号为200810233359.8 的专利文献“一种赤泥制造快硬型铁铝酸盐水泥加工方法”，公开了一种铁铝酸盐水泥及其制备方法，包括以下步骤：A.处理赤泥：烘干，粉磨，过100目筛；B.原料配方通过设计熟料主要矿物C₂S、C₄A₃S、C₄AF的组成计算配料；C.按下列重量百分比的称取原料：赤泥40～55%；石灰石20～30%；铁粉1.5～3%；铝矿20～30%；石膏1～5%；D.混料、煅烧：将配料混合，球磨均匀，锻烧温度为1250℃～1350℃；E.配制不同种类的快硬型铁铝酸水泥。由此可知，该技术方案是利用赤泥、铁粉、石灰石、铝矿和石膏制备一种快硬型的水泥，制备的水泥中铁的含量较高，而铝的含量和硅的含量相对较低，因此该水泥的强度较为一般，不甚理想。
发明内容    
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种铁铝酸盐水泥及其制备方法。
本发明的技术方案：一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料60.0%-80.0%；
（2）纳米氧化锆1.0%-5.0%；
（3）稀土氧化物2.0%-5.0%；
（4）磷铁渣或硅铁渣5.0%-20.0%；
（5）锌锡尾矿5.0%-15.0%；
（6）石膏2.5%-5.0%。
作为优选，所述稀土氧化物为氧化镨、氧化钇或氧化镧。
更优地，所述稀土氧化物为氧化钇。
作为优选，所述石膏为脱硫石膏。
一种铁铝酸盐水泥的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将磷铁渣或硅铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为100-150um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为25-50um，即得到铁铝酸盐水泥。
作为优选，步骤（2）中粉体的平均粒径为100um。
有益效果：本发明提供的铁铝酸盐水泥，一方面是为了提高铁铝酸盐水泥的早期强度和长期强度，同时增强水泥的稳定性，达到较好的耐腐和耐蚀性能；另一方面，是寻求对废弃资源的再利用，满足环保节能的需求。为此，本发明将纳米氧化物和稀土氧化物加入到水泥材料之中，利用纳米氧化物，特别是氧化锆优良的抗压性能和化学稳定性能，增强材料的硬度和强度，同时提高材料的耐腐蚀性，稀土氧化物是一种较为优良的材料，对材料强度，特别是后期强度的保证有较为良好的作用。磷铁渣或硅铁渣和锌锡尾矿，是金属尾矿，其中含有的金属元素，特别是铁、锌和锡均能提高材料的强度和稳定性，再利用也可避免资源的浪费。制备的铁铝酸盐水泥中，铁铝含量较高，其中铝铁原子比为3-6：1，硅铁原子比接近1:1，水泥具有极为理想的硬化速率和强度，满足特种场合施工和使用的要求。
因此，本发明提供的铁铝酸盐水泥具有凝结速率快、早强高强的特点，同时化学性能稳定，具有一定的耐腐蚀性能和防冻性能，能够在不同场合下使用，是一种较为理想的特种水泥材料。
具体实施方式
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。
实施例 1：
一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料60.0%；
（2）纳米氧化锆3.0%；
（3）氧化镧3.0%；
（4）磷铁渣20.0%；
（5）锌锡尾矿10.0%；
（6）脱硫石膏4.0%。
根据本发明提供的铁铝酸盐水泥的制备方法制备上述铁铝酸盐水泥，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将磷铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为120um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为50um，即得到铁铝酸盐水泥。
实施例 2：
一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料80.0%；
（2）纳米氧化锆2.0%；
（3）氧化镨3.0%；
（4）磷铁渣5.0%；
（5）锌锡尾矿5.0%；
（6）脱硫石膏5.0%。
根据本发明提供的铁铝酸盐水泥的制备方法制备上述铁铝酸盐水泥，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将磷铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为120um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为50um，即得到铁铝酸盐水泥。
实施例 3：
一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料70.0%；
（2）纳米氧化锆3.0%；
（3）氧化钇4.0%；
（4）硅铁渣10.0%；
（5）锌锡尾矿10.0%；
（6）脱硫石膏3.0%。
根据本发明提供的铁铝酸盐水泥的制备方法制备上述铁铝酸盐水泥，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将硅铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为120um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为50um，即得到铁铝酸盐水泥。
实施例4：
一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料65.0%；
（2）纳米氧化锆5.0%；
（3）氧化钇5.0%；
（4）硅铁渣10.0%；
（5）锌锡尾矿10.0%；
（6）脱硫石膏5.0%。
根据本发明提供的铁铝酸盐水泥的制备方法制备上述铁铝酸盐水泥，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将硅铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为100um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为25um，即得到铁铝酸盐水泥。
实施例5：
一种铁铝酸盐水泥，包括以下质量百分比的各个组分：
（1）铁铝酸盐水泥熟料65.0%；
（2）纳米氧化锆3.0%；
（3）氧化钇3.0%；
（4）硅铁渣15.0%；
（5）锌锡尾矿10.0%；
（6）脱硫石膏4.0%。
根据本发明提供的铁铝酸盐水泥的制备方法制备上述铁铝酸盐水泥，制备步骤如下：
（1）备料：根据各个组分的质量含量准确称取各个组分；
（2）粉碎：将磷铁渣或硅铁渣和锌锡尾矿进行粉碎处理，至粉体的平均粒径为100um；
（3）粉磨：将各个组分按照质量百分比混合在一起进行粉磨，至平均粒径为25um，即得到铁铝酸盐水泥。
将上述具体实施方式提供的铁铝酸盐水泥作为实验组；根据申请号为200810233359.8 的专利文献“一种赤泥制造快硬型铁铝酸盐水泥加工方法”公开的技术方案制备铁铝酸盐水泥，为对照组；将实验组和对照组分别进行性能测试。
（1）凝结时间
对实施例1-5和对照组的铁铝酸盐水泥进行水泥凝结时间测试，结果如下表1所示：
表1 铁铝酸盐水泥的凝结时间测定（单位：min）

由表可知，在初凝时间上，实施例1-5和对照组，无明显差异，其中实施例2的初凝时间最短；在初凝时间和终凝时间间隔中，实施例1-5和对照组的差距也不明显，其中实施例2的最优。
（2）抗压性能
测定实施例1-5和对照组的抗压性能，结果如表2所示：
表2 铁铝酸盐水泥抗压性能测试（单位：MPa）

由上表可知，实施例1-5和对照组1d的强度均达到较高水平，实施例1-5均高于对照组，其中实施例2的强度最高；在3d强度上，实施例1-5和对照组均较高，其具有一定差距，其中实施例3的强度最高；在28d强度上，随着时间的增强，从3d到28d，各组的强度变化均不明显，但实施例1-5均高于对照组，且较为显著，其中实施例5的强度最高。
综上所述，本发明提供的铁铝酸盐水泥，硬化速率高，且具有良好的早期强度和长期强度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。