一种脱硫石膏分段煅烧制备硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法技术领域
本发明涉及一种脱硫石膏分段煅烧制备硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法，属于水泥
制备的技术领域。
背景技术
随着工程技术的现代化，对特种水泥的技术要求也越来越高。其中包括特殊工程
施工时对快速凝结与硬化的速度和各期硬度均有了特别的要求，如水泥管路的连接施工，
大型装备的基础现场的施工等。然而虽然应用与销售市场的不断扩大但因产品的成本较高
而受到限制，使更多的用户可望而不可及。另一方面，我国烟气脱硫技术的主要为湿法脱硫
工艺，这种石灰石－石膏法湿法脱硫工艺产生的后果就是脱硫石膏(CaSO4·2H2O)大量堆
放、分解造成二次污染，对气候、土壤、植物和人类健康带来危害。另外，许多化工企业生产
过程中的副产石膏早已积弊为患；如何有效的利用副产脱硫石膏来制备硫铝酸盐水泥，已
经成为国内外研究者研究的热点之一。
中国专利文献CN103979810A公开了一种综合利用造纸白泥、铝矾土和脱硫石膏制
备硫铝酸盐水泥熟料的方法，此工艺采用造纸白泥、铝矾土和脱硫石膏为原料，在电炉中以
20～30℃/min升温速度至1200-1300℃，保温1.5-2.5h而得；取出急冷至室温，将熟料粉磨
细至400m2/kg，即得所需产品；所述的硫铝酸盐生料的配方为：造纸白泥40wt％-50wt％、铝
矾土35wt％-45wt％、其余为脱硫石膏，该方法巧妙的利用造纸白泥和脱硫石膏两种固废为
主要原料制备硫铝酸盐水泥，不但可以有效利用固废，还可以降低硫铝酸盐的成本，但工艺
中脱硫石膏的使用量仅仅占到生料配比的5-25％，脱硫石膏利用率较低，且发明中煅烧脱
硫石膏会产生二氧化硫，不妥善处理会造成环境污染。
中国专利文献CN103964713A公开了利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸
盐水泥的方法，此方法中原料由石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏、铝矾土组成，将原
料分烘干，破碎、粉磨后压片，然后生料试块放入马弗炉中，在1250～1300℃下煅烧,保温
0.5～1小时后,取出熟料，急冷，得贝利特硫铝酸盐水泥熟料。但此方法中脱硫石膏的用量
仅为10％左右，且仍需要大量的石灰石，所得尾气中含的二氧化硫，不妥善处理会造成环境
污染。
经检索，未见完全利用脱硫石膏制备硬化速度快，前期强度高且后期强度也增进
稳定硫铝酸盐水泥的报导。
发明内容
针对目前硫铝酸盐水泥制备中存在的问题，本发明提供一种脱硫石膏分段煅烧制
备硫铝酸盐水泥联产硫酸的方，该方法完全利用脱硫石膏取代天然石膏和石灰石，并可通
过回收尾气联产硫酸，且工艺路线简单，生产成本低，具有良好的的经济和环境效益。
发明概述：
本发明以脱硫石膏、铝矾土、硅石、无烟煤为原料，经配料、粉磨、均化后高温分段
煅烧制成熟料，所得熟料可添加天然石膏或石灰石制备不同类型的硫铝酸盐水泥，也可不
外加天然石膏，直接获得硫铝酸盐水泥。
发明详述：
一种脱硫石膏分段煅烧制备硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法，包括步骤如下：
a.水泥生料的制备：
按如下质量份进行配料：脱硫石膏为75-90份，铝矾土20-32份，硅石1-3份，无烟煤
3-4份；将各组分混匀，粉磨，均化后得水泥生料；
b.水泥熟料的制备：
将步骤a制得的水泥生料采用分段煅烧的方式得到水泥熟料，煅烧过程中产生的
二氧化硫尾气收集后送入硫酸制备系统，制备硫酸；
c.硫铝酸盐水泥的制备：
将步骤b得到的水泥熟料再次研磨，即得硫铝酸盐水泥。
本发明优选的：
步骤a中物料粉磨后细度为80-150目；
所述的铝矾土中Al2O3质量分数为50-60％，进一步优选55％；
所述的脱硫石膏为半水脱硫石膏。所述的脱硫石膏还可以为天然石膏、脱硫石膏
和氟石膏。
步骤a中水泥生料原料质量份如下：磷石膏为80-85份，铝矾土22-28份，硅石1-2
份，无烟煤3-4份。
本发明优选的：
步骤b中，得到的水泥生料制备成块状生料进行煅烧，块状生料的大小为250*100*
50mm。
步骤b中所述的煅烧在隧道窑中进行。
步骤b中分段煅烧的具体方式如下：先升温至900～1200℃，保温煅烧20-40分钟，
然后升温至1250-1300℃，保温煅烧10-20分钟，冷却后得到水泥熟料。
步骤b中，先升温至950～1150℃，保温煅烧30分钟。
步骤b得到的水泥熟料可按照要求添加天然石膏，制成不同种类的硫铝酸盐水泥。
天然石膏的配入量按以下公式计算：
CG＝0.13*M*AC/S
CG——天然石膏掺入的质量分数(天然石膏与水泥熟料的比值)，设水泥熟料为1；
AC——水泥熟料中的质量分数；
S——天然石膏中SO3的质量分数；
M——天然石膏系数，不同硫铝酸盐水泥中天然石膏配量不同，M取值不同，M取值
范围在0-4之间。
不同种类的硫铝酸盐水泥M的取值如下：
当M取值：0-1，制得早强、高强型硫铝酸盐水泥；当M取值：1-2，制得膨胀型硫铝酸
盐水泥；当M取值：2-4，制得自应力型硫铝酸盐水泥；当M取值：2.5-3.0，制得低碱度型硫铝
酸盐水泥。
本发明优选的：
步骤c中水泥熟料研磨至比表面积为300～400m2/kg，进一步优选350m2/kg。采用球
磨机进行。
上述二氧化硫尾气收集制备硫酸的过程，按现有技术即可。
本发明由磷石膏、铝矾土、硅石、无烟煤组成的水泥生料经过粉磨、均化后高温分
段煅烧后得到的硫铝酸盐水泥，性能测试表明，使用本发明的方法制备的硫铝酸盐水泥的
力学强度符合快硬硫铝酸盐水泥标准，熟料硬化速度快，前期强度高且后期强度也增进稳
定，通过调整水泥生料配料方式，以脱硫石膏完全替代天然石膏和石灰石(即由硫酸钙完全
取代了碳酸钙)，在900-1150℃时，无烟煤会逐步将脱硫石膏中的硫酸钙还原生成二氧化硫
和氧化钙，二氧化硫经氧化吸收制成硫酸产品，经过20-40分钟的保温，脱硫石膏大量分解
并逐渐生成硫铝酸三钙，继续升温到1250-1300℃后，在此温度下生成大量的硅酸二钙，最
终与铝矾土及未还原的硫酸钙烧结制成硫铝酸盐水泥；
水泥生料在高温煅烧过程中，大部分脱硫石膏在无烟煤作用下发生分解，分解率
为75-85％，其中硅石的加入可以和氧化钙形成硅酸二钙，提高水泥的后期性能，达到前期
强度高后期强度增进稳定的双重效果，参与分解反应的硫酸钙分解生成氧化钙可全部代替
石灰石，分解产生的二氧化硫气体浓度为7-9％，可用于生产硫酸；剩余未分解的脱硫石膏
经高温煅烧后，转化为高温石膏，可替代熟料产品所需外掺加的天然石膏。
本发明主要化学反应如下：
本发明中所述的脱硫石膏指在石灰石－石膏法湿法脱硫工艺产生的固体废渣，不
同工艺得到的脱硫石膏均可用于本发明。
本发明具有以下有益效果：
1、相比其他利用脱硫石膏制备硫铝酸盐水泥的方法，本发明中脱硫石膏可完全替
代石灰石和天然石膏进行熟料烧结，极大提高了脱硫石膏的利用率，实现了脱硫石膏资源
化利用，并有效降低了硫铝酸盐水泥的成本。
2、在生料中加入无烟煤促进脱硫石膏中硫酸钙的还原分解，未分解的脱硫石膏一
部分作为水泥熟料矿物中硫铝酸钙形成的硫酸盐组分，另一部分可用来代替水泥熟料外掺
的天然二水石膏组分，可直接生产硫铝酸盐水泥。
3.由于配料中没有用到石灰石，以脱硫石膏完全替代天然石膏和石灰石(即由硫
酸钙完全取代了碳酸钙)，所以脱硫石膏分解产生的二氧化硫气体浓度高，可满足制酸系统
对二氧化硫浓度的要求，避免了二氧化硫的污染问题。
4.本发明将脱硫石膏、铝矾土、硅石和无烟煤经配料、粉磨、均化后制成的水泥生
料成块后，可增加石膏与无烟煤的接触紧密度，从而增加脱硫石膏的分解效率。
5.本发明采用分段煅烧的方式，在900-1200℃下保温20-40分钟，可增加脱硫石膏
的分解率，并有利于增加硫铝酸三钙的含量，使硫铝酸盐水泥中硫铝酸三钙与硅酸二钙的
含量达到要求。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明，
但不能视为对本发明的限制。
各实施例中的脱硫石膏为气流烘干后的半水脱硫石膏，其主要成分见表1，铝矾土
取自贵州，其主要成分见表2，硅石的主要成分见表3。
表1：脱硫石膏的主要成分及含量
组分
CaO
SO3
Fe2O3
Al2O3
SiO2
含量％
31.82
44.21
0.38
0.89
0.78
表2：铝矾土的主要组成和含量
组分
CaO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
SO3
含量％
3.84
9.86
21.28
55.45
/
表3：硅石的主要成分及含量
组分
CaO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
SO3
含量％
7.85
1.24
78.67
0.82
/
实施例1：
按照如下质量份进行配料：脱硫石膏为75份，铝矾土32份，硅石2份，无烟煤3份，将
各组分混匀，粉磨至细度为80目，均化后制成250*100*50mm的块状，得水泥生料；将制备的
块状生料置于隧道窑内煅烧，首先升温至900℃，在此温度下煅烧30分钟，然后升温到1300
℃，在此温度下煅烧20分钟，冷却后得到水泥熟料，煅烧后含二氧化硫的尾气送硫酸制备系
统制备硫酸；烧成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫铝酸盐水泥产品，所得硫铝酸盐水
泥的力学性能见表4。
实施例2：
按照如下质量份进行配料：脱硫石膏为80份，铝矾土28份，硅石1份，无烟煤3份；将
各组分混匀，粉磨至细度为120目，均化后制成250*100*50mm的块状，得水泥生料；将制备的
块状生料置于隧道窑内煅烧，首先升温至1100℃，在此温度下煅烧30分钟，然后升温到1300
℃，在此温度下煅烧20分钟，冷却后得到水泥熟料，煅烧后含二氧化硫的尾气送硫酸制备系
统制备硫酸；烧成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫铝酸盐水泥产品，所得硫铝酸盐水
泥的力学性能见表4。
实施例3：
按照如下质量份进行配料：脱硫石膏为85份，铝矾土22份，硅石3份，无烟煤4份；将
各组分混匀，粉磨至细度为150目，均化后制成250*100*50mm的块状，得水泥生料；将制备的
块状生料置于隧道窑内煅烧，首先升温至1200℃，在此温度下煅烧30分钟，然后升温到1300
℃，在此温度下煅烧20分钟，冷却后得到水泥熟料，煅烧后含二氧化硫的尾气送硫酸制备系
统制备硫酸；烧成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫铝酸盐水泥产品，所得硫铝酸盐水
泥的力学性能见表4。
实施例4：
按照如下质量份进行配料：脱硫石膏为90份，铝矾土20份，硅石1份，无烟煤4份；将
各组分混匀，粉磨至细度为150目，均化后制成250*100*50mm的块状，得水泥生料；将制备的
块状生料置于隧道窑内煅烧，首先升温至1200℃，在此温度下煅烧30分钟，然后升温到1300
℃，在此温度下煅烧20分钟，冷却后得到水泥熟料，煅烧后含二氧化硫的尾气送硫酸制备系
统制备硫酸；烧成熟料再次研磨至350m2/Kg，即可得到硫铝酸盐水泥产品，所得硫铝酸盐水
泥的力学性能见表4。
实施例结果：
表4：硫铝酸盐水泥胶砂力学性能
通过采用抗压、抗折测试手段测量硫铝酸盐水泥胶砂力学性能性能，从表4中数据
可知，本发明制得的硫铝酸盐水泥在1d强度达到30～50MPa，可以看出前期强度高、硬化速
度快，28d的强度达到45～70MPa，后期强度增进，本发明的方法烧结的硫铝酸盐水泥的力学
性能符合GB20472-2006中的硫铝酸盐水泥的标准。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述实施方式不应视为对本发
明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，也应视为本
发明的保护范围。