赤泥基铁铝酸盐水泥的产业化小试研究

利用广西华众水泥股份有限公司周边易获取的廉价原材料，通过配方优化及技术攻关制备出性能合格的硫（铁）铝酸盐水泥，实现拜耳法赤泥、脱硫石膏的规模化利用。

（1）利用拜耳法赤泥、脱硫石膏、石灰石、铝矾土等为主要原料制备硫（铁）铝酸盐水泥，研究水泥的配料方案、烧结制度、矿化剂种类及掺量对水泥熟料矿物形成、水化放热情况及力学性能的影响；

  （2）原料中碱含量对水泥矿物形成及性能的影响，研究碱含量对水泥矿物形成及力学性能的影响，优化水泥制备工艺，确定水泥的最佳配料方案；

  （3）在工艺优化的基础上，研究水泥的力学性能变化情况及抗蚀等性能。

国内外研究表明，海工建筑遭到损坏的首要因素是氯盐侵蚀而引起的，还与海洋中的硫酸盐侵蚀、干湿循环、高温、冻融等复杂环境息息相关。外部环境对混凝土结构的影响是通过与水泥基材料内部因素起作用的。铁（硫）铝酸盐水泥其水化产物体系中Ca(OH)₂含量远小于硅酸盐体系，使其在海洋工程基础建设方面具有很大的发展空间和应用前景。济南大学刘红花等通过聚合物与硫铝酸盐水泥复合制备了高性能的聚合物-硫铝酸盐水泥基海洋工程胶凝材料，并对其性能进行研究;郭俊萍等在静动态海水养护方式下，研究海工硫铝酸盐水泥抗海水侵蚀性能及机理，相对于静态养护，海水拌合且海水动态养护下的试样具有更好的力学性能和抗蚀性能。佛山科学技术学院许亮、陈嘉健等人，利用酸性、中性和碱性硅溶胶制备改性海工水泥，研究它们对海工水泥的强度的影响。通过FTIR、XRD等手段研究了其水化机理，经分析碱性硅溶胶对海工水泥胶砂抗氯离子渗透性的影响。发现随着碱性硅溶胶掺量的增加，海工水泥的抗氯离子渗透性能呈现出先增后减的特性。当掺量为3%时，氯离子扩散系数最低。桂林理工大学张忠飞等人，利用铁粉、砂岩、石灰石、铝矾土制备高抗蚀海工硅酸盐水泥，设计熟料中不同矿物含量的水泥组成。通过对不同铁相含量的水泥在不同盐溶液中的水化产物及形貌进行研究高抗蚀性水泥。研究表明，当BaO含量为4%、ZnO含量为0.5%时所制备的海工水泥抗硫酸盐性性能最好。氟铝酸四钙含量越高会造成水泥的抗硫酸盐性能先增大后减小。Seungwon Kim使用矿渣废料作为水泥的替代品制备钢纤维混凝土(SFRC)，并研究了其海洋环境耐久性问题。Krivenko 等人在赤基碱活化水泥的大容量合成中，采用赤泥、玻璃和低碱性硅 酸铝化合物作为主要原料，选择结晶型高碱性含钙水泥作为添加剂。这些研究人员研 究了赤泥浆和硬化水泥浆微观结构在水泥地层中的作用，获得了抗压强度高达 60MPa 的水泥样品。为了进一步利用赤泥，研究人员不仅在水泥制备过程中使用了赤泥，而 且还开发了以赤泥作为混凝土骨料的混凝土。获得的混凝土路基材料抗压强度可达 70MPa。对该，材料进行的放射性实验发现，即使在混凝土中添加的赤泥量高达 90%， 但仍可作为路基材料使用。Tang 等人采用拜耳法赤泥代替粉煤灰制备混凝土，并研究了其对混凝土耐久性 的影响。结果表明，随着赤泥用量的增加，硬化混凝土的力学性能有所增强，但耐久性略有下降。需要注意的是，赤泥可能会抑制腐蚀电流的产生，从而抑制混凝土的腐 蚀过程。当混凝土中赤泥含量为 75%时，样品的耐腐蚀性最强，赤泥中的金属元素稳 定地包裹在混凝土的非定形结构中。国外学者还在中低热波特兰水泥配制海工水泥的基础上，研究聚合物浸渍混凝土和聚合物改性混凝土，将钢筋锈蚀剂、粉煤灰等抗侵蚀外加剂加入钢筋混凝土，来增强结构的耐久性能，希望能延长海工建筑物的寿命，提高混凝土的耐久性。显然，引入的混合材、外加剂种类越多，水泥的稳定性越难控制，且粉磨较细的粉煤灰、矿渣等的掺入不仅会引起混凝土的干缩，还会降低混凝土的早期强度，没有从根本上解决海工水泥制备的问题。

FSAC在各类水泥品种中具有最佳的水泥的耐腐蚀性能。在我国海南省三亚市的海水试验站开展了FSAC在自然海洋条件下的海水浸泡实验,从实验中可得出,FSAC在三亚海水中浸泡后期强度非但不降,反而增长,浸泡24个月后抗折强度增加了36%;海工硅酸盐水泥经海水浸泡后,其抗折强度急剧下降,浸泡24个月后强度下降了52%。由此可见FSAC具有非常优秀的抗海水腐蚀性能。FSAC不仅在性能上具有诸多优点,在生产中还有节能减排的优势。与硅酸盐水泥熟料生产相比,FSAC熟料烧成温度较低,原料中 CaCO3含量更少,降低化石燃料CO2排放30%左右,降低碳酸盐分解CO2排放40%左右。在碳达峰碳中和的目标背景下,推广FSAC势在必行。

硫（铁）铝酸盐水泥属于第三系列水泥，特点有早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等。硫（铁）铝酸盐水泥对海水、氯盐（NaCl、MgCl₂）、硫酸盐（Na₂SO₄、MgSO₄、(NH₄)2SO₄）、尤其是它们的复合盐类（MgSO₄+ NaCl）等，均具有极好的耐蚀性，因此成为海洋工程的首选。

硫(铁)铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,除快硬、高强、抗渗、抗冻和耐腐蚀的优势外,另一个重要特性是水化放热集中,硫(铁)铝酸盐水泥水化放热都集中在1天以内,最高放热峰在12小时左右,FSAC最高放热峰更为短些,但水化热总量略低于硅酸盐水泥。硫(铁)铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,除快硬、高强、抗渗、抗冻和耐腐蚀的优势外,另一个重要特性是水化放热集中,硫(铁)铝酸盐水泥水化放热都集中在1天以内,最高放热峰在12小时左右,FSAC最高放热峰更为短些,但水化热总量略低于硅酸盐水泥。

利用赤泥铁铝含量高、脱硫石膏硫含量高的特点，结合企业自身优势，利用拜耳法赤泥替代配料中的铁铝质原料、利用脱硫石膏替代硫质原料制备硫（铁）铝酸盐水泥，不仅降低水泥的制备成本，为企业找到转型的途径，同时也实现赤泥、脱硫石膏的资源化利用。

 1、技术路线

2、拟解决的问题：

1）赤泥中碱存在会影响水泥熟料矿物的形成，如何调整配料方案，减少碱对熟料形成的影响，这是本项目需要解决的第一个问题；

2）水泥煅烧中铁相及硅酸二钙的活性与配料方案、矿化剂种类、掺量密切相关，如何提高熟料中两种矿物的活性是本项目需要解决的第二个问题

3、预期成果：

找到利用拜耳法赤泥和脱硫石膏等主料的最佳配料方案减少碱对水泥熟料形成的影响，实现该种水泥制备成本的降低，减少赤泥的堆积和对大气、水体、土壤的危害。同时在工艺优化的基础上，对水泥的力学性能变化情况及抗性等的研究有阶段性成果，以提高铁相及硅酸二钙的活性。

2024.05-2024.06   阅读项目相关文献，形成阅读报告；

2024.06-2024.09   完成水泥的制备，探究石膏、混合材料掺量与抗蚀系数的关系；

2024.09-2024.12   完成抗蚀机理方面的相关研究，撰写专利及论文；

2025.01-2025.04   完成结题报告的撰写，完成文章的投稿，专利的申请