市场上生产硫铝酸盐水泥所用到的主要原料成分是铝矾土，石灰石和石膏，其中硫铝酸盐水泥主要化学成分是氧化铝、氧化钙和二氧化硅，主要矿物成分是硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。根据市场调查，铝矾土的市场价格不低于 400 元/t，这样的成本价格将导致生产出来的硫铝酸盐水泥的售价提高，会抑制硫铝酸盐水泥的发展生产，由于生产硫铝酸盐水泥的煅烧温度低，具有显著的耗能低、碳排放低的特点。因此，利用大宗固废生产制备硫铝酸盐水泥对我国走可持续发展道路理念有着重大的意义。同时，在海洋工程的建设中，硫铝酸盐水泥有着不可估量的开发潜力，研究硫铝酸盐水泥的新品种开发将对我国建设海洋强国起到极大的作用。

硫铝酸盐水泥被写进建材工业和水泥工业“十二五”、“十三五”重点发展方向，写入了“先进无机非金属产业发展路径和对策”，并且拟列入“建材行业新产品技术推广目录” 。

3D 打印建筑在目前来说是一个比较新型的概念，全球有着很多进行 3D 打印建筑物的实例:乌克兰的一家创业公司PassivDom 开发了一种 3D 打印的智能房屋;迪拜在该领域先后打印了博物馆及办公楼等建筑;德国的 Dresden 工业大学的混凝土 3D 打印技术 ConPrint3D 可以在 10 h 左右建造一栋普通的民居，相比传统的方法大大地缩短了建造时间，以及在我国上海 10 幢 3D 打印建筑在 24 h 的时间内完成，它所采用的是玻璃纤维增强混凝土———GRC，该混凝土的主要水泥原材料是快硬硫铝酸盐水泥。同时，吴含在以硫铝酸盐胶凝材料为基础添加合适的骨料和纤维材料的条件下制备了建筑 3D 打印材料，并且验证了该原料用于 3D 打印技术的可行性。

由于硫铝酸盐水泥具备良好的耐腐蚀和抗冻融的优良性能，因此硫铝酸盐水泥能满足海洋工程中对水泥条件的要求，在党的“十八大”和“十九大”中，两次提出建设海洋强国的目标，海洋工程也越来越多，我国对海洋工程的设计使用年限要求为120a，所以，选择更适合海洋工程的水泥品种十分重要。我国原国家建材局局长王燕谋在纪念中国改革开放四十周年撰写的“中国水泥业的伟大复兴”文章中提到硫铝酸盐水泥是包括北冰洋在内的海洋工程建设中所需水泥的最佳选择，因此硫铝酸盐水泥在海洋工程建设中也具有极大的发展潜力。

1、硫铝酸盐水泥特性

根据资料显示，硫铝酸盐水泥的早期强度相比市场上常见的普通硅酸盐水泥更高，其强度在后期也会随着时间推移缓慢的增加，并且保持强度不下降;在低温环境下硫铝酸盐水泥的早期强度最高可达普通硅酸盐水泥的 8 倍左右，并且正负温差交替的环境对硫铝酸盐水泥的后期强度影响不大;硫铝酸盐水泥对于氯盐、硫酸盐及其复合盐类均具有良好的耐蚀性，因此硫铝酸盐水泥极其适合海洋领域的工程建设;因为硫铝酸盐水泥的结构致密，使得硫铝酸盐水泥的抗渗性能够达到同等级硅酸盐水泥的 3 倍左右。因此硫铝酸盐水泥具有早期强度高、后期强度稳定、良好的抗冻性、耐蚀性及抗渗性等优点。

硫铝酸盐水泥的生产原料铝矾土、石膏等资源由于受到其他工业行业如氧化铝行业、板材行业等的需求竞争，价格一直处在高位，导致硫铝酸盐水泥的生产成本较高，无法与传统的硅铝酸盐水泥竞争，故应用市场小，工程需求量低，经济效益低，此进一步制约了水泥生产企业的技术革新与发展。研究利用固废生产硫铝酸盐水泥是发展硫铝酸盐水泥行业的必要途径。

2、工业固废中可利用原料

2．1 赤泥

在氧化铝提炼的工业生产过程中产生大量的赤泥，主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化钙和氧化铝等，赤泥是一种强碱性、不容性的工业残渣。由于赤泥中含有大量的碱性物质以及多种杂质，因此，赤泥的有效利用及处理是固废处理中的一大难题。同时赤泥大量堆积造成了土地资源的浪费，同时赤泥的强碱性也对环境造成了严重的污染。

2．2 脱硫石膏

在火力发电厂中产生的脱硫石膏，主要成分为二水硫酸钙，和天然石膏一样。随着我国国家实力的强大，社会发展的加快，我国每年的电力资源需求也有着明显的提高。这导致火力发电厂中的脱硫石膏的大量产生，而且，因为天然石膏的资源非常丰富，品质较优于脱硫石膏，所以进一步阻碍了脱硫石膏的再次使用。

2．3 电石渣

电石渣是电解水获取乙炔气体之后的氢氧化钙为主要成分的废渣，呈现出强碱性，大量的电石渣的堆放会严重影响环境，造成土地碱性化。

2．4 粉煤灰

燃煤火力发电厂中所排放的废弃物粉煤灰，其主要成分是氧化铁、氧化铝及二氧化硅等;电解铝中产生的一次铝灰和二次铝灰;湿法磷酸工艺中产生的磷石膏主要成分是二水硫酸钙，其中含有大量的磷、氟及有机质等杂质，磷石膏的大量堆放严重污染生态环境，尤其是对地下水资源造成极大的污染。

2．5 生产过程对原料的要求

目前我国利用大宗固废制备绿色无水泥熟料或少水泥熟料胶凝材料的技术已经相对成熟，已经成功开发出能在胶结充填采矿、高性能混凝土、重金属固化、各种砖、砌块、混凝土预制构件等不同领域广泛替代水泥的系列化胶凝材料产品。

在生产硫铝酸盐水泥过程中，每种化学成分和矿物成分都有着严格的要求:

灰石可在硫铝酸盐水泥熟料生产过程中提供氧化钙;石灰石的成分含量:ω(CaO)≥50%、ω(SiO 2 )≤5%、ω(MgO)≤3%。

石膏可在硫铝酸盐水泥熟料生产过程中提供三氧化硫;石膏的成分要求:硬石膏:ω(SO3)≥45%、ω(SiO2)≤3%;二水石膏:ω(SO3)≥35%、ω(SiO2)≤3%。

铝矾土可在硫铝酸盐水泥熟料生产过程中提供 Al2O3;其成分要求:ω(Al2O3)≥55%、ω(SiO2 )≤15%。当铝矾土中的含铁量较高时，应该适当的降低对 Al2O3含量的要求。因为碱对硫铝酸盐的性能会造成影响，所以一般要求其碱含量低于0．5%。

碱渣和电石渣可以替代石灰石作为硫铝酸盐石灰熟料的钙质原料;因为脱硫石膏和天然石膏的成分相同，适当的脱硫石膏可代替天然石膏的使用提高生产硫铝酸盐水泥熟料中所需要的硫质原料;像粉煤灰这样含铝的工业废渣也可以作为硫铝酸盐水泥熟料的铝质原料。

3、国内目前部分学术研究成果

戴剑等使用粉煤灰、拜耳法赤泥、铝矾土、石灰石为原料，成功烧制了高铁型硫铝酸盐水泥熟料，利用赤泥为原料制备的同时可以回收赤泥中的一些有价值的金属元素，并且二次废渣可以作为建材原料使用。

王文龙等利用脱碱赤泥、脱硫石膏、铝灰和电石渣四种固废制备硫铝酸盐水泥，通过借助大型热力计算软件 FactSage实现矿物组成和原料的配比，最终实验实现了以 m(脱碱赤泥)∶ m(脱硫石膏) ∶ m(铝灰) ∶ m(电石渣)= 43 ∶ 17 ∶ 15 ∶ 25 的大致配料比例作为生产硫铝酸盐生料的配比，该方法制备硫铝酸盐水泥实现了两大类工业固废的利用，为提高固废利用价值提供了一条有效途径。

吴含选择利用垃圾焚烧飞灰作为制备硫铝酸盐胶凝材料的主要材料，利用飞灰、脱硫石膏、铝灰三种固废为原料，进行制备硫铝酸盐水泥。采用三率直法和物料平衡法相结合的方法进行配料计算，根据研究煅烧阶段温度对硫铝酸盐水泥的化学成分、矿物成分和强度性能的影响，得到了硫铝酸盐水泥的最佳工艺要求。

刘敏利用硫铝酸盐水泥为胶凝材料，粉煤灰和硅灰为辅助性胶凝材料，并以碳酸氢钠及氯化铝为发泡剂制备以二氧化碳为发泡气体的新型硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。因其有良好的强度、较低的导热系数及极强的粘结性，该水泥被广泛地应用于隔热、减轻负载、减振和空隙填充等建筑工程领域。

王晓丽等针对硫铝酸盐水泥的水泥急凝、膨胀、后期强度增长不稳定等系列问题，利用工业固体废弃物———脱硫石油焦渣、电石渣、铝矾土和粉煤灰部分代替水泥的天然原料制全固废高贝利特 － 硫铝酸盐水泥。

以上一些硫铝酸盐水泥的研究生产均是以固废作为生产原料为基础的研究，这些生产方式大大提高了固废的有效利用途径，符合国家的可持续发展战略，为硫铝酸盐水泥的生产提供了更多的有效途径，并且以固废为原料可以大大节省以传统原料生产所用资金，使硫铝酸盐水泥在市场上更有使用前景。

4、硫铝酸盐水泥的生产及利用

4．1 生产现状

当前，我国硫铝酸盐水泥的生产除了一些厂家使用预热器煅烧工艺，大部分的生产企业采用的是传统的干法中孔窑生产工艺，由于该生产工艺存在煤耗高、排放超标、生产质量小等问题，不符合国家的可持续发展战略理念，新型干法生产工艺生产硫铝酸盐水泥可以有效地避免这些问题，新型干法生产工艺已经成为制备硫铝酸盐水泥的行业发展趋势。

4．2 在海洋工程的应用

21 世纪被称为“海洋的世纪”，我国不仅是一个陆地大国，更是一个海洋大国，巨大的海洋资源开发利用对于每一个国家来讲都是确立国家发展战略的重中之重，中共十八大以来，我国越来越重视对海洋事业的发展，把建设海洋强国融入到了“两个一百年”奋斗目标。开发海洋资源离不开对于海洋工程建设的需求，海洋工程建设所用水泥又称特种水泥，这是一种相对于普通水泥在某一方面更具突出的功能性水泥。相对于普通水泥而言，海洋水泥需要满足的是它在水中的抗氯离子腐蚀性的能力更强，并且对于它的密度相对于普通水泥也大有不同要求。水泥熟料的矿物组成、混合材料的综合利用以及生产研发所需成本等都是高质量海工水泥制备所进行的必要考虑因素。

硫铝酸盐水泥具有显著的结合氯离子的能力，随着硫铝酸盐水泥水灰比的减小，其结合氯离子能力将显著增强，使得它抗氯离子侵蚀能力增强，硫铝酸盐水泥的龄期和品种也是影响混凝土氯离子扩散性能的重要因素。因此硫铝酸盐水泥是一种良好的固化氯离子的胶凝材料，能够通过物理化学等作用有效地制约氯离子在混凝土内部的扩散，并且通过他的这种特性能有效地改善混凝土内部微观结构，增强集料与胶凝材料交界面的结构强度，增加离子传播路径的扭曲程度，离子扩散系数随水灰比增大而增大。

海工硫铝酸盐水泥在海水中工作时，由于海水能够提供大量的 SO42－，这些硫铝酸根会抑制三硫型水化硫铝酸钙(AFt)变成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)，从而导致 AFt 的结构水增多，密度减小，使其晶体结构生长更充分;由于硫铝酸根可以置换Ca－Al 水滑石中的氯离子并生成 Aft，氯离子同时影响了 AFt 的稳定性，两者之间产生化学平衡，在一定条件下相互转化。在浆体结构中 AFm 的含量极少，因此在浆体结构中由 AFm 转化的 Ca － Al 水滑石含量极少，所以对浆体结构的损伤程度很低。

4．3 其他领域的应用

根据硫铝酸盐水泥的快速硬化及高强度的特性，其也被应用于胶装电瓷产品。在水泥中添加合适的添加剂，可以很好地改变硫铝酸盐水泥的性能，使其能够适合进行电瓷产品的胶装工艺，利用硫铝酸盐水泥作为电瓷产品的胶装材料，能够有效地缩短胶装周期、简化胶装工艺、提高胶装电瓷品的安全性及可靠性。

根据硫铝酸盐水泥的早期强度高、后期强度稳定、良好的抗冻性、耐蚀性及抗渗性等优点特性，硫铝酸盐水泥经常被用于高铁桥梁建设工程、矿山开采工程、道路抢修工程、CGR 制品生产及自应力水泥压力管等工业领域。

5、结论

硫铝酸盐水泥的早期强度高、后期强度稳定、良好的抗冻性、耐蚀性及抗渗性等优点特性使得硫铝酸盐水泥在众多工程领域中发挥极其重要的作用，尤其是在海洋工程领域，硫铝酸盐水泥有着极大的开发潜力，其中在 3D 打印建筑物领域方面硫铝酸盐水泥也占有很重要的可行性地位。不论是在固废处理应用方面，还是工程应用领域及一些犹如 3D 打印建筑这样的高端领域中，硫铝酸盐水泥都有着极为良好的表现和开发潜力。由于传统的干法中孔窑生产工艺存在着煤耗高、排放超标、生产质量小的问题，因此新型干法生产工艺已经成为制备硫铝酸盐水泥的行业发展趋势。利用工业固废生产硫铝酸盐水泥不仅可以降低生产成本，而且还能有效地促进固废的处理，从而遵循国家的可持续发展战略的生产道路，有效地缓解了环境污染问题。