含钡硫铝酸盐水泥的研制

技术投资分析：

早期的硫铝酸盐水泥其快硬早强性能不能满足某些特殊工程的要求，而且凝结时间不易调节，后期膨胀不够稳定，工程适应性需要进一步改善。

1988年，我们开始研究并合成了含钡硫铝酸钙矿物(3CaO?3Al2O3?BaSO4)，在实验室用化学试剂合成了以含钡硫铝酸钙（3CaO?3Al2O3?BaSO4）为主要矿物的含钡硫铝酸盐水泥，实验及生产选用了低成本且具有环境污染和一定毒性的钡渣作为主要原材料之一，并于2001年实现了含钡硫铝酸盐水泥的低成本工业化生产。

合成了两种含钡硫铝酸钙晶体：C3.75B0.25A3，C3.5B0.5A3。晶体其尺寸为60～80μm，晶体外型是菱形十二面体。并合成了系列含钡硫铝酸钙矿物C4-XBXA3（x=0~2）；确定了其组成与性能的关系，找到了最佳含钡硫铝酸钙矿物1.75CaO?1.25BaO?3Al2O3?CaSO4（简写为C2.75B1.25A3）。

以C2.75B1.25A3为主导矿物，在实验室合成了以C2.75B1.25A3、β-C2S和铁铝相为主要矿相的含钡硫铝酸盐水泥，系统研究了矿物组成与性能的关系，确定了水泥熟料的形成条件及影响性能的因素，探索了熟料水化机制。

研究表明该水泥的强度，随着含钡硫铝酸盐矿物中的钡含量的增加，水泥各龄期强度逐渐增加。以晶体的合成、系列单矿物结构与性能、实验室合成含钡水泥研究为基础，在淄博市张店特种水泥工业集团公司生产线上，进行工业化技术研究。通过反复实验与调整，确定了配料方案、配料工艺、烧成制度、生产控制与检测方法等生产技术，实现了含钡硫铝酸盐水泥的规模化生产。

将含钡硫铝酸盐水泥与快硬硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥与英国早强型高铝水泥比较：可以看到，含钡硫铝酸盐水泥各龄期强度普遍较高，早期强度提高明显。

生产工艺条件比较：

| 水泥品种 | 生产窑型 | 烧成温度(℃) | CO2排放(吨/吨水泥) | |-----------------|------------|--------------|---------------------| | 快硬硅酸盐水泥425 | 回转窑/立窑 | 1450 | 0.70 | | 快硬硫铝酸盐水泥525 | 回转窑 | 1300～1350 | 0.35 | | Early Strength High Alumina Cement | 电炉/回转窑 | 1300～1400 | 0.35 | | 含钡硫铝酸盐水泥 | 回转窑 | 1250～1300 | 0.33 |

技术的应用领域前景分析：

市场预测：

含钡硫铝酸盐水泥快硬早强性能突出，满足了特殊建设工程的需要，有良好的社会效益。实现了有毒钡渣的资源化，消除了污染，解决了制约钡盐工业发展的一大难题；同时有害气体排放量减少，环境污染减轻。

含钡硫铝酸盐水泥烧成温度低，节约能源，可利用工业废渣生产，节约资源，因而使生产成本降低，经济效益显著。

适用范围：

含钡硫铝酸盐水泥由于具有低资源、低环境负荷和高强快硬的特性，特别是利用工业废渣，成本低，因此有着广泛的应用前景。利用水泥具有的高早期强度和快硬特性，可以开发出许多高附加值的系列材料，对我国水泥材料的发展有重要的意义。

生产的水泥已用作墙体材料、防水工程、防腐工程及用于矿井支护的高水材料，取得了很好的效果。根据研究结果，可以看出该系列水泥除可代替普通水泥外和上述用途外，还可以用作道路、高性能混凝土、海工、抢修、堵漏、管道、防辐射工程和军工等特殊工程，将对我国的各种工程建设有重要的意义。

效益分析：

1、主要经济效益：

以快硬硫铝酸盐水泥为基准，进行比较。原料节约：14元/吨；破碎节电：0.40元/吨；粉磨节电：2.80元/吨；性能提高：20元/吨；总计：37.2元/吨。以年产10万吨（两条线）含钡硫铝酸盐水泥计算，每年增加效益372万元。

按目前硫铝酸盐水泥产生效益20元/吨计算，生产含钡硫铝酸盐水泥可创造效益572万元。如利用含钡硫铝酸盐水泥配制防水堵漏材料1万吨，成本1800万元，售价5000元/吨，每年创造效益3200万元。另外利用工业废渣，按国家有关政策规定，当产品工业废渣用量超过30％后，可减免所得税。

2、环境效益：

钡渣中含有少量的BaCO3，因而具有一定的毒性。用其制成含钡硫铝酸盐水泥，通过化学反应使其中的BaCO3转化为无毒的早强型矿物(4-x)CaO? xBaO?3Al2O3?SO3，可消除其对环境的污染。同时可节约堆存钡渣所占用的场地，节约土地资源。

含钡硫铝酸盐水泥的烧成温度1250～1300℃，烧成温度低、用煤少，原料中的BaSO4分解温度比CaSO4高，含钡硫铝酸钙的热分解温度比硫铝酸钙的分解温度高，因此，水泥烧成过程放出SO2较硫铝酸盐水泥少得多，从生料和熟料化学成分中硫含量的对比也可以证实。

与生产硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥制造过程中的CO2排放量约降低1/2，每吨水泥少排放CO2 300kg。

3、社会效益：

水泥具有显著的快硬早强性能，特别是12小时、1天和3天强度分别达到60～65MPa、65～70MPa和70～75MPa。水泥的长期强度稳定。另外水泥还具有良好的抗硫酸盐侵蚀和抗冻融性，因此含钡硫铝酸盐水泥是高性能水泥。

生产的水泥已用作墙体材料、防水工程、防腐工程及用于矿井支护的高水材料，取得了很好的效果。根据研究结果，可以看出该系列水泥除可代替普通水泥外和上述用途外，还可以用作道路、高性能混凝土、海工、抢修、堵漏、管道、防辐射工程和军工等特殊工程，将对我国的各种工程建设有重要的意义。

工业废渣综合利用是目前我国鼓励发展的产业政策之一，随着钡渣的产量和堆存量的逐年增加，造成的危害日益严重。用钡渣制造含钡硫铝酸盐水泥，开辟了钡渣利用的新途径。既能降低水泥制造成本、节约矿物资源、改善水泥性能，又能消除环境污染，节省土地资源，因而也具有较高的社会效益。

厂房条件建议：

水泥回转窑生产线。

备注：

无

技术投资分析： 早期的硫铝酸盐水泥其快硬早强性能不能满足某些特殊工程的要求，而且凝结时间不易调节，后期膨胀不够稳定，工程适应性需要进一步改善。 1988年，我们开始研究并合成了含钡硫铝酸钙矿物(3CaO?3Al2O3?BaSO4)，在实验室用化学试剂合成了以含钡硫铝酸钙（3CaO?3Al2O3?BaSO4）为主要矿物的含钡硫铝酸盐水泥，实验及生产选用了低成本且具有环境污染和一定毒性的钡渣作为主要原材料之一，并于2001年实现了含钡硫铝酸盐水泥的低成本工业化生产。 合成了两种含钡硫铝酸钙晶体： C3.75B0 .25A3，C3.5 B0 .5A3晶体其尺寸为60～80?m，晶体外型是菱形十二面体。并合成了系列含钡硫铝酸钙矿物 C4-XBXA3 （x=0~2）；确定了其组成与性能的关系，找到了最佳含钡硫铝酸钙矿物1.75CaO?1.25BaO?3Al2O3?CaSO4(简写为C2.75B1.25A3 )。 以C2.75B1.25A3 为主导矿物，在实验室合成了以C2.75B1.25A3 、β-C2S和铁铝相为主要矿相的含钡硫铝酸盐水泥，系统研究了矿物组成与性能的关系，确定了水泥熟料的形成条件及影响性能的因素，探索了熟料水化机制。 研究表明该水泥的强度，随着含钡硫铝酸盐矿物中的钡含量的增加，水泥各龄期强度逐渐增加。以晶体的合成、系列单矿物结构与性能、实验室合成含钡水泥研究为基础，在淄博市张店特种水泥工业集团公司生产线上，进行工业化技术研究。通过反复实验与调整。确定了配料方案、 配料工艺、烧成制度、生产控制与检测方法等生产技术，实现了含钡硫铝酸盐水泥的规模化生产。 将含钡硫铝酸盐水泥与快硬硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥与英国早强型高铝水泥比较：可以看到，含钡硫铝酸盐水泥各龄期强度普遍较高，早期强度提高明显。 生产工艺条件比较: 水泥品种生产窑型烧成温度(℃)CO2排放 (吨/吨水泥) 快硬硅酸盐水泥425回转窑/立窑14500.70 快硬硫铝酸盐水泥525回转窑1300～13500.35 Early Strength High Alumina Cement电炉/回转窑1300～14000.35 含钡硫铝酸盐水泥回转窑1250～13000.33 技术的应用领域前景分析： 市场预测: 含钡硫铝酸盐水泥快硬早强性能突出，满足了特殊建设工程的需要，有良好的社会效益。实现了有毒钡渣的资源化，消除了污染，解决了制约钡盐工业发展的一大难题；同时有害气体排放量减少，环境污染减轻。 含钡硫铝酸盐水泥烧成温度低，节约能源，可利用工业废渣生产，节约资源，因而使生产成本降低，经济效益显著。 适用范围: 含钡硫铝酸盐水泥由于具有低资源、低环境负荷和高强快硬的特性，特别是利用工业废渣，成本低，因此有着广泛的应用前景。利用水泥具有的高早期强度和快硬特性，可以开发出许多高附加值的系列材料，对我国水泥材料的发展有重要的意义。 生产的水泥已用作墙体材料、防水工程、防腐工程及用于矿井支护的高水材料，取得了很好的效果。根据研究结果，可以看出该系列水泥除可代替普通水泥外和上述用途外，还可以用作道路、高性能混凝土、海工、抢修、堵漏、管道、防辐射工程和军工等特殊工程，将对我国的各种工程建设有重要的意义。 效益分析： 效益分析: 1、主要经济效益: 以快硬硫铝酸盐水泥为基准，进行比较。原料节约：14元/吨；破碎节电：0.40元/吨；粉磨节电：2.80元/吨； 性能提高：20元/吨；总计：37.2元/吨。以年产10万吨（两条线）含钡硫铝酸盐水泥计算，每年增加效益372万元。 按目前硫铝酸盐水泥产生效益20元/吨计算，生产含钡硫铝酸盐水泥可创造效益572万元。如利用含钡硫铝酸盐水泥配制防水堵漏材料1万吨，成本1800万元，售价5000元/吨，每年创造效益3200万元。另外利用工业废渣，按国家有关政策规定，当产品工业废渣用量超过30％后，可减免所得税。 2、环境效益: 钡渣中含有少量的BaCO3，因而具有一定的毒性。用其制成含钡硫铝酸盐水泥，通过化学反应使其中的BaCO3转化为无毒的早强型矿物(4-x)CaO? xBaO?3Al2O3?SO3，可消除其对环境的污染。同时可节约堆存钡渣所占用的场地，节约土地资源。 含钡硫铝酸盐水泥的烧成温度1250～1300℃，烧成温度低、用煤少，原料中的BaSO4分解温度比CaSO4高，含钡硫铝酸钙的热分解温度比硫铝酸钙的分解温度高，因此，水泥烧成过程放出SO2较硫铝酸盐水泥少得多，从生料和熟料化学成分中硫含量的对比也可以证实。 与生产硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥制造过程中的CO2排放量约降低1/2，每吨水泥少排放CO2 300kg。 3、社会效益： 水泥具有显著的快硬早强性能，特别是12小时、1天和3天强度分别达到60～65MPa、65～70 MPa和70～75MPa。水泥的长期强度稳定。另外水泥还具有良好的抗硫酸盐侵蚀和抗冻融性，因此含钡硫铝酸盐水泥是高性能水泥。 生产的水泥已用作墙体材料、防水工程、防腐工程及用于矿井支护的高水材料，取得了很好的效果。根据研究结果，可以看出该系列水泥除可代替普通水泥外和上述用途外，还可以用作道路、高性能混凝土、海工、抢修、堵漏、管道、防辐射工程和军工等特殊工程，将对我国的各种工程建设有重要的意义。 工业废渣综合利用是目前我国鼓励发展的产业政策之一，随着钡渣的产量和堆存量的逐年增加，造成的危害日益严重。用钡渣制造含钡硫铝酸盐水泥，开辟了钡渣利用的新途径。既能降低水泥制造成本、节约矿物资源、改善水泥性能，又能消除环境污染，节省土地资源，因而也具有较高约社会效益。 厂房条件建议： 水泥回转窑生产线。 备注： 无