磷石膏含量

磷石膏含量（共9篇）

磷石膏含量 篇1

磷石膏是磷化工业湿法生产磷酸过程中的工业副产品, 每生产1t磷酸将产生5t磷石膏, 是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一。随着工业、农业上对磷酸、磷铵和重过磷酸钙的需求量增长, 其生产过程中的副产品磷石膏也在不断增加。磷石膏的大量排放既造成严重的环境污染, 同时又是一种资源的浪费, 与当今社会可持续发展的目标极不相符。

硫铝酸盐水泥是当代世界水泥发展史上的新品种, 与硅酸盐水泥和铝酸盐水泥相比, 它具早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等优良特性, 广泛应用于土木工程中的冬季施工工程、抗渗与防水工程、抢修工程、二次补强工程、灌浆工程、海洋及耐腐蚀工程等领域中, 具有十分乐观的发展前景。

目前在硫铝酸盐水泥生产中, 尤其是配置水泥时, 主要使用的是天然硬石膏。本文总结研究的是主要利用磷石膏配置硫铝酸盐水泥时, 磷石膏中P2O5含量对于硫铝酸盐水泥性能的影响, 有利于指导生产实践。

1 试验部分

1.1 原材料

磷石膏, 取自贵州开磷 (集团) 有限责任公司, 外观呈灰色。石灰石、硫铝酸盐水泥熟料均取自息烽仁都建材有限公司, 于Φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至80μm筛余在2%以下, 比表面积300~400备用, 其成分见表1:

由表1和图1可以看出, 磷石膏的主要物相组成为二水石膏Ca SO4·2H2O含量达79.37%, 此外含有少量石英及半水石膏, 根据GB/T23456-2009《磷石膏》国家标准对磷石膏质量等级的要求, 属于二级磷石膏, 是一种重要的再生资源, 利用价值较高。

1.2 试验设计

本试验以75%的硫铝酸盐水泥熟料、10%石灰石粉和15%的磷石膏为基础配比, 其P2O5含量为0.25%。因此, 为了进一步验证磷对硫铝酸盐水泥水化产物的影响, 在原有磷石膏P2O5含量的基础上, 外掺分析纯P2O5做硫铝酸盐水泥配制试验。外掺后, 水泥中P2O5含量达到1%、1.3%和4%, 样品标记为A0、A1、A2、A3。

根据GB/T1346-2011《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》对样品进行测试。

2 结果与讨论

2.1 P2O5含量对水泥凝结时间的影响

从表2、图2可以看出, 随着P2O5含量的增加, 其缓凝现象较为明显, P2O5含量从0.25%到1%, 其凝结时间增长较缓, 但当磷含量大于2.3%时, 水泥的凝结时间开始出现明显的延缓, 与A0相比, 其凝结时间延长200min以上。因此, 随着P2O5的增加, 水泥的凝结时间随P2O5的增加而延长。

2.2 P2O5含量对水泥物理性能的影响

由图3图4可以看出, 随着P2O5含量的增加, 硫铝酸盐水泥的抗折、抗压强度都明显下降, 且1d降幅最为明显, 到28d时, P2O5含量对抗折、抗压强度的影响相对减小。其原因是在水化前期由于P2O5阻碍硫铝酸钙、硅酸二钙C2S和铁铝酸四钙的水化, 使它们的强度不能及时的发挥出来。随着P2O5的增加, 水泥的强度损失越来越大, 这是由于过多的P2O5夺取C2S中的钙而形成磷酸钙因子C3P, C3P与C2S形成固溶体C2SC3P, 该固溶体由于P2O5过多而致使形成的固溶体为α固溶体, 水化强度很低, 这是水泥强度下降的根本原因。

3 结论

(1) P2O5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥的影响较大, 随着P2O5含量的增高, 硫铝酸盐水泥的凝结时间延长, 强度大幅下降。因此在选择使用磷石膏配制硫铝酸盐水泥时, 应测定磷石膏中P2O5含量, 磷石膏中P2O5含量不超过1.5%, 配制的硫铝酸盐水泥中P2O5含量不超过0.3%为宜。

(2) 水泥强度下降的根本原因是P2O5的存在阻碍硫铝酸钙、硅酸二钙C2S和铁铝酸四钙的水化, 使它们的强度不能及时的发挥出来。同时, 过多的P2O5夺取C2S中的钙而形成磷酸钙因子C3P, C3P与C2S形成固溶体C2S?C3P, 该固溶体由于P2O5过多而致使形成的固溶体为α固溶体, 水化强度很低。

参考文献

[1]陆晓燕, 陈宇峰.石膏对硫铝酸盐水泥性能影响的试验研究[J].南通工学院学报, 2013 (12) :54-58.

磷石膏含量 篇2

1 建筑石膏粉的煅制原理

建筑石膏又称烧石膏、熟石膏,是一种以β型半水石膏(CaSO4·1/2H2O)为主要成分的粉状胶结料,它是由天然石膏矿或工业副产石膏(磷石膏、烟气脱硫石膏等)在破碎磨细或处理后经过低温(107～170℃)煅烧制得,其化学反应为:

undefined型)CaSO4·1/2H2O+3/2H2O

煅烧时存在3个排出结晶水阶段:105～170℃,首先排出1个水分子,随后立即排出半个水分子,转变为半水石膏或熟石膏;200～220℃,排出剩余的半个水分子,转变为Ⅲ型硬石膏CaSO4;约350℃,转变为Ⅱ型硬石膏CaSO4;1120℃时进一步转变为Ⅰ型硬石膏。熔融温度1450℃。

在建筑石膏的水化过程中,真正起正向作用的是半水石膏和Ⅲ型无水石膏(强度低)。而二水石膏和Ⅱ型无水石膏是不起正作用的。也就是说,二水石膏和Ⅱ型无水石膏都是无效成分。建筑石膏中有效成份含量越高,其抗折强度越高—产品等级越高。

磷石膏的主要成分是CaSO4·2H2O,根据湿法磷酸用磷矿含杂质量的不同(主要是SiO2),CaSO4+CaSO4·2H2O的质量分数在84%～90%之间波动,主成分含量接近天然二水石膏二级品的水平(≥ 85%)。

以磷石膏为原料煅烧制得的产品为磷建筑石膏粉,产品质量执行《建筑石膏》国家标准(GB/T9776-2008)。

2 国内主要磷石膏煅烧技术的原理、特性和应用情况

国内石膏界经过多年的实践,在借鉴国外先进技术的基础上,逐渐形成了具有中国特色的磷石膏煅烧技术。中国目前是世界上最大的磷建筑石膏生产国,磷石膏的煅烧基本以燃煤为热源(国外多以天然气、重油(或柴油)燃烧供热),并且是以不洗涤的磷石膏为原料。

目前,国内在工业上应用的磷石膏煅烧方法主要有4类:①一步直热回转窑法及一步直热闪烧回转窑法;②一步锤式粉碎煅烧技术;③二步分室流化床法;④二步沸腾炉法[2,3]。

其中①、③、④方法为慢烧法,②方法为快烧法。

2.1 一步法直热回转窑煅烧技术

直热式回转窑国内外普遍用于物料干燥和煅烧天然石膏。在回转窑中热介质与石膏物料直接接触使之脱水而成半水石膏或无水石膏。石膏在小角度倾斜园筒中旋转前进,热介质与物料同方向或反方向运动,在运动过程中完成石膏脱水,连续喂料及出料(连续作业),燃料可用气、油、煤。热介质与石膏原料同方向接触运动(顺流),传热效果不及二者相对运动(逆流)好,但煅烧温度容易控制,不容易过烧。

一步法即是将石膏原料的烘干和煅烧合为一步进行。采用一步法,流程简单,短捷,投资相对较低;流程中设备较少;用于磷石膏煅烧,由于初入窑磷石膏含水量大,要求入窑烟气温度高,据说高温烟气接触磷石膏有“闪烧”作用,可使磷石膏中的可溶性磷成分“钝化”减少[4]。

一步法直热回转窑用于煅烧磷石膏,由于原料含游离水高(20%～30%),流动不具“刚性”— 进料难以准确计量,进回转窑磷石膏与烟气难匹配,要求进窑烟气温度高(>550℃ ),容易造成石膏过烧或欠烧;磷石膏含游离水高时,含水分大的窑气(水蒸汽分压高)在回转窑中绐终与煅烧物料接触,不利于石膏的低温煅烧脱水,要稳定获得高质量石膏产品的难度较大;含水分高的尾气与石膏熟料同时进入收尘器(或收料器),为避免水分在滤袋上结露粘结物料,要求尾气排放温度高,造成热损大,对排湿和收尘要重点设计。一步法直热回转窑与一步直热闪烧回转窑法在原理上基本相同。

近年一步法直热(闪烧)回转窑在磷建筑石膏和脱硫建筑石膏的生产中均有采用,最大生产规模达到10万t/a,产品主要应用于石膏砌块、水泥缓凝剂等[2,3]。

2.2 一步法锤式粉碎煅烧技术

锤式烘干机在国外普遍用于干燥或锻烧石膏,锻烧主要用于天然石膏或含水少的化学石膏。国内经消化国外设备后,开发出单转子锤式烘干机。锤式 烘 干 机为一“U”型容器类设备,其底部装有转子,转子上设有锤头,该设备由混合腔、工作腔、分离腔3部分组成。正常 工 作 时,热气流和物料分别从热气流、物料进口进入锤式烘干机混合腔内,在此进行接触换热,烘干机旋转的转子上的锤头将混合气体中的石膏颗粒打散,使之悬浮在混合气体中,与热气流混合换热,从而被干燥转化成半水石膏,烘干机工作腔内还设有挡料板,防止含半水石膏的混合气体被锤头带回工作腔入口;含半水石膏的混合气流进入烘干机分离腔,细粉进入后道工序,粗粉回入烘干机工作腔再次打散。从气流出口排出的混合气流进入气流干燥管及旋风和布袋二级除尘(或收料)系统而分离出最后成品[5]。

锤式粉碎煅烧属快烧,物料混合煅烧时间不足1 min,设备生产效能高,流程短,装置占地小,投资比一步直热回转窑低。

在用于磷石膏煅烧时,由于磷石膏含水高或波动大,煅烧要求热风温度高(>800℃ ),控制不好会出现过烧或欠烧的情况,产品质量较难控制;高含湿煅烧尾气与烧成料混在一起排出,为防止袋式收尘器结露,尾气排放温度高,能耗高。对煅烧尾气的排湿、收尘及产品的均化和陈化要重点设计。

一步法锤式粉碎煅烧生产效能高,流程短,设备投资低,用于生产水泥缓凝剂、石膏砌块等的原料石膏粉(对质量要求不高),是较佳选择。对于高含水的磷石膏采用锤式粉碎干燥,具有生产效能高,投资低的优势。近年国内投产多套采用锤式粉碎煅烧磷石膏的水泥缓凝剂生产装置,最大生产规模达到30万t/a[2,3]。

2.3 二步法分室流化床煅烧技术

二步法即是将石膏原料的烘干和煅烧分开进行。二步法分室流化床煅烧技术第一步是采用气流烘干机将磷石膏烘干到含游离水≤3%;第二步将烘干的磷石膏经打散后加入分室流化床煅烧,进而得到半水石膏产物。

分室流化床煅烧炉是2000年后国内开发出的一种应用流态化技术煅烧高含水率化学石膏的设备。FC分室流化床煅烧炉主体换热部分采用了两种换热方式:对流和传导换热。在主煅烧炉的1区、2区采用热管(内走高温热风)传导和加热后的压缩风通过置于底部的风伞直接作用于石膏粉对流换热,并使一区、二区的物料呈现出在高温热风作用下的流态化换热状态,气、固两相的传热传质效率高。导热管内高温热风在一区、二区完成对磷石膏附着水的蒸发换热之后,进入三区、四区,这时热烟气的温度已显著降低,对煅烧石膏结晶水有利,可大大减少Ⅲ无水石膏的生成,有利于产品半水相组成的稳定。物料(允许含水率≤15%)在一区、二区完成对表面水的蒸发后,通过溢流方式进入三、四区,二水石膏在此空间脱去1.5个结晶水并形成半水石膏。在一、二、三、四区流化床中脱出的水分快速离开物料层,提高了石膏的沸腾脱水效率。分室流化床煅烧炉按照煅烧石膏粉的温升曲线变化将煅烧过程区分成4个相对独立的脱水空间,改善流化床中固相物料的返混,避免了高低温物料的搀和现象[6]。

二步法分室流化床煅烧系统只用一个热源供热(采用燃煤热风炉供高温热风),热管排出热风可用于初始原料干燥,较为节能;能够稳定地控制三、四区在低温(1 50～170℃)煅烧脱结晶水,容易实现自动控制,产品中半水石膏产物含量高,且质量稳定。

分室流化床主要采用热风管传导给热,由于空气热容小,需要的热风管体积大,由此导致分室流化床体积较大。如果供热介质采用蒸汽、导热油,可大大缩小给热管的体积,但要采用两个热源供热。二步分室流化床法煅烧技术,流程比一步直热回转窑法长,投资略大。

二步法分室流化床煅烧技术近年在磷建筑石膏和脱硫建筑石膏的生产中推广运用较多,生产规模最大达到20万t/a,产品主要运用于纸面石膏板、粉刷石膏粉、石膏条板、砌块、水泥缓凝剂等[3]。

2.4 二步法沸腾炉煅烧技术

二步法沸腾炉煅烧技术第一步是采用回转窑烘干机将磷石膏烘干到含游离水≤1%;第二步将烘干的磷石膏经捣碎块状物后加入沸腾炉煅烧,进而得到半水石膏产物。

沸腾炉为立式直筒状容器,在底部装有一个气体分布板,工作时使气流从底部均匀进入床层,床层内装有大量的加热管,管内介质为饱和蒸汽或导热油,石膏颗粒进入炉膛后,遇热呈流态状,同时热量通过管壁传递给管外处于流态化的石膏粉,使之沸腾脱水分解。这一煅烧工艺是国内二十世纪八十年代为配合纸面石膏板生产研发的[2]。

先干燥脱除磷石膏游离水(含水≤1%)可保证进入煅烧炉的原料含游离水低、波动小,不结块,容易计量,并提高入炉磷石膏料温,有利于稳定煅烧温度。导热油热容或蒸汽给热系数比热风大很多,同样煅烧加热负荷,需要的导热油管体积和传热面积比热风管小很多,沸腾炉的体积可比分室流化床小很多,设备生产效能高。沸腾炉内置大量导热油竖管,传热面积大,与煅烧物料接触充分,沸腾炉内物料呈流化态,传热、传质系数大,有利于保证床中物料温度均一和脱除结晶水。采用恒定温度的导热油/蒸汽供热,容易控制床内料温,采用低温热源,石膏不易过烧,只要控制适宜的沸腾炉出料温度,就可连续稳定地生产出合格产品,可做到成品含二水石膏很少,无水石膏Ⅲ也很少,绝大部分为半水石膏。沸腾炉连续进出料,料层上脱出的水不再与物料接触,煅烧脱水效率高。沸腾炉中加了一块隔板,将流化床分成大小两部分,底部相通,可很大程度上壁免生料走短路混到出料中。沸腾炉设备生产效能高,换热效率高,故障率低,设备紧凑,占地少。

二步沸腾炉法需要两个热源供热,流程中除含沸腾煅烧炉及其导热油供热系统外,还要配回转烘干机及其燃煤热风炉系统,流程长,投资较二步分室硫化床法大。

目前国内二步法沸腾炉技术在磷石膏、脱硫石膏的煅烧中应用较多,最大生产规模达到20万t/a,产品主要用于纸面石膏板、粉刷石膏粉、石膏条板、砌块等[2,3]。

3 稳定磷建筑石膏产品质量的后续处理

对采用各种煅烧技术获得的磷石膏煅烧物进行有效的后续处理,有利于提高和稳定产品质量。采用冷风快速冷却煅烧产物可稳定产品的相组成;采用改性磨粉磨磷石膏煅烧物,改变产物的颗粒级配,可增加产品的比表面积及和易性,并提高建材产品的抗压强度等;做好磷建筑石膏的均化和陈化,可进一步提高和稳定磷建筑石膏的产品质量[3]。

4 综合评价

1)二步法煅烧较为适应磷石膏原料含水量大、不均匀的特点,有利于稳定生产及解决排湿问题;二步法较一步法较易控制和提高产品质量。

2)一步直热(/闪烧)回转窑煅烧技术流程短捷,只需一个热源,投资较低,容易操作,但保证产品质量的稳定有一定难度,能耗较高,适宜用于生产对产品质量波动要求不高的磷建筑石膏粉。产品主要用于石膏砌块、水泥缓凝剂等。

3)一步法锤式粉碎煅烧技术生产效能高,只需一个热源,投资低,能耗适中,但用于生产高质量的磷建筑石膏粉难度大,较适宜用于磷石膏的干燥和生产对产品质量均一性要求低的磷建筑石膏粉。产品主要用于水泥缓凝剂、石膏砌块等。

4)二步法分室流化床技术生产流程略长,只需一个热源,较节能,设备投资较一步直热回转窑技术略高;较好操作,产品质量稳定,较易实现稳定自控生产;能较方便地调整煅烧不同用途的产品,适宜规模性生产质量稳定的磷建筑石膏产品。产品主要用于纸面石膏板、粉刷石膏粉、石膏条板、石膏砌块、水泥缓凝剂等。

5)二步法沸腾炉技术生产流程长,需双热源,投资会比二步分室流化床技术高,能耗略高;较好操作,产品质量稳定,较易实现稳定自控生产;可方便地调整煅烧产品品种,适宜规模性生产质量稳定的磷建筑石膏产品。产品主要用于纸面石膏板、粉刷石膏粉、石膏条板、石膏砌块等。

参考文献

[1]中国石油和化学工业联合会,中国磷肥工业协会.磷石膏安全处置及综合利用“十二五”实施方案[J].磷肥与复肥,2012(5):1-5.

[2]赵建国,李晓强,杨妍慧,等.云天化集团磷石膏产业化利用调研报告[R].昆明:云天化集团,2006.12.

[3]赵建国,张应虎,李崇贵,等.国内主要磷石膏煅烧技术评价报告[R].昆明:云天化集团,2009.5.

[4]段庆奎,王立明.闪烧法-磷石膏无害化处理新工艺[J].宁夏石油化工,2004(03):13-16.

[5]冯金煌,江水.磷石膏新型煅烧炉-锤式烘干机[J].磷肥与复肥,2001,16(6):62-63.

磷建筑石膏墙体灌浆料的研究 篇3

采用磷建筑石膏制备石膏墙体灌浆料,以取代传统建筑物的砖墙。该制备技术不仅工艺简单,投资成本低,有利于规模化生产,而且石膏墙体具有轻质、防火、隔音、施工时间短等优点。本文研究了减水剂、矿物外加剂及缓凝剂等因素对磷建筑石膏流动度、凝结时间、早期强度及软化系数等物理性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

磷建筑石膏粉:瓮福集团有限责任公司自制;磷渣粉的比表面积为380 m2/kg~420 m2/kg;石灰的有效Ca O≥60%;水泥采用普通硅酸盐水泥P.O 325;檬酸钠及柠檬酸缓凝剂、奈系及聚羧酸减水剂、HJ-聚合物抗裂砂浆均外购;磷渣粉来源于贵州国华天成有限责任公司,过45μm方孔筛余量为25.5%,其化学成分见表1。

1.2 磷建筑石膏墙体灌浆料的制备

将磷建筑石膏、磷渣微粉、石灰与水泥按一定配比干混均匀,制得干混物料;按水膏比0.48取用水量,再将一定量减水剂、缓凝剂依次加入水中,搅拌、溶解后,制得溶液;不断搅拌下,将干混物料缓慢地加入溶液中,搅拌均匀后、制得灌浆料,然后浇注成型。

1.3 测试与表征

参照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 176-1996《水泥化学分析方法》分析粉煤灰、磷渣粉化学组成及相关物理性能指标;参照GB/T9776-2008《建筑石膏》检测磷建筑石膏粉物理性能,以及改性后磷建筑石膏粉物理性能;软化系数测定:将试块放入20℃±3℃的水中浸泡24 h,用湿毛巾擦干试块表面的水,按照GB/T 9776-2008《建筑石膏》抗折试验测试方法测定试块抗折强度性质。用式(1)计算软化系数:

式中f—软化系数;

R1—干燥时试块的断裂荷载,N;

R2—吸水后试块的断裂荷载,N。

利用西门子公司D5000型X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)以及日本JMS-6490LV型扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)对磷建筑石膏相组成及微观形貌进行测试;参照GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》的标准对磷建筑石膏墙体灌浆料进行放射性检测;参照GB/T 9776-2008《建筑石膏》标准对磷建筑石膏进行物理性能检测。

2 结果与讨论

2.1 磷建筑石膏的组成及理化性能

磷建筑石膏的组成及理化性能,见表2。

磷建筑石膏中不同石膏相含量的测定结果见表3。从表3可见,磷建筑石膏中主要含有β-半水石膏相,含量达到87.61%,其次是含有无水石膏相,以及少量的二水石膏相,满足GB/T 9776-2008《建筑石膏》标准要求磷建筑石膏中β-半水硫酸钙含量(质量分数)不应小于60%的规定。

XRD分析结果(见图1)表明,磷建筑石膏中晶相主要为β-半水硫酸钙(d=1.8490魡,d=2.1416魡,d=2.8177魡,d=3.0075魡,d=3.4822魡,d=6.0456魡),以及含有少量无水硫酸钙、Si O2(d=1.8490魡,d=3.3533魡,d=4.2752魡)。

从SEM图(图2)可以看出磷建筑石膏中β-半水硫酸钙呈四边形状。

2.2 磷渣粉的相组成及微观形貌

磷渣是一种具有潜在活性的火山质材料,图3为磷渣微粉形貌分析的SEM照片。由图中可以看出,磷渣颗粒呈“碎石”状,有清晰的棱角,没有固定的解理面。图4为磷渣微粉XRD图。

由图4可以看出,在2θ=25°~35°处有一个馒头状的峰形,这是长程无序的玻璃态特征表现。在馒头峰上有细小的衍射峰,表明其间有微弱的结晶相。矿物相为假硅灰石、枪晶石及少量的磷灰石。

2.3 磷渣粉掺量对磷建筑石膏粉物理性能的影响

磷渣粉掺量对磷建筑石膏物理性能的影响见表3。从表中可以看出,在保持水膏比不变的前提下,随着磷渣粉掺量的不断增大,样品的流动度增大,凝结时间延长,早期强度降低,软化系数增大。这主要是由于磷渣粉属于一种潜在活性的水硬性胶凝材料,在较短的时间内(2 h),是不能充分发挥其水化硬化的胶凝特性。因此,当水膏比不变时,磷渣粉掺量不断增大,磷建筑石膏的加入量相应降低,半水硫酸钙水化硬化的时间延长,从而导致样品流动度增大,凝结时间延长,硬化体早期强度降低。但是,磷渣粉颗粒粒径较小,可以充分地填充在制品水化硬化体的空隙中,降低制品的吸水率,缓解了水对硬化体的侵蚀作用,从而制品的软化系数又随着磷渣粉掺量的增加而提高。可见,在磷建筑石膏粉中,增加磷渣粉的掺入量虽然可以提高制品的软化系数,但是却降低了制品的早期强度。因此,在保证样品具有一定强度和耐水性能的前提下,磷渣粉适宜掺入量为15%。

图5是磷渣粉掺入量15%的磷建筑石膏的SEM图。从图5(a)可见,磷渣粉掺入量15%的磷建筑石膏硬化体的表面孔洞较小,较致密。从图5(b)可见,硬化体的内部结构排列致密,基本看不到磷建筑石膏粉的原貌,这说明半水石膏已完全水化硬化,这些水化硬化产物相互搭接在一起,构成了致密的硬化体。从图5(b)还可以看出,在半水石膏水化硬化体之间(B点)填充了磷渣粉。这可以缓减水对石膏硬化体的侵蚀作用,从而增强制品的耐水性能。

2.4 石灰掺量对磷渣粉改性磷建筑石膏物理性能的影响

固定磷渣粉掺量为15%,石灰掺量对粉煤灰改性磷建筑石膏物理性能的影响见表4。

从表4可以看出,石灰掺量与改性磷建筑石膏的强度并非呈线性关系,而是随着石灰掺量增加,改性磷建筑石膏的强度先增加后减小,其中当石灰的掺量为3%时,强度达到最大值。

2.5 聚羧酸减水剂对磷渣粉/石灰改性磷建筑石膏物理性能的影响

固定磷建筑石膏85%、磷渣粉15%、外掺石灰3%,改变聚羧酸减水剂掺量对改性建筑石膏物理性能的影响见表5。从表5可以看出,在保持石膏浆体流动度达到75 mm~85 mm之间时,样品的水膏比随着减水剂掺量的增加而减小,同时,样品的凝结时间延长,强度降低。因此,在保证石膏墙体具有一定强度,以及水膏比较小的前提下,聚羧酸减水剂适宜掺量为0.8%。

2.6 柠檬酸钠掺量对改性磷建筑石膏物理性能的影响

固定磷建筑石膏85%、磷渣粉15%、外掺石灰3%以及聚羧酸减水剂0.8%,缓凝剂柠檬酸钠掺量对改性磷建筑石膏物理性能的影响见表6。

从表6可以看出,随着柠檬酸钠缓凝剂掺量的增大,样品的凝结时间不断延长,强度逐渐降低。当柠檬酸钠掺量在0.30%时,初凝时间延长至38 min,但干燥抗折强度仅为2.55 MPa,并且烘干样品表面出现轻微的“泛霜”现象,这将严重影响磷建筑石膏墙体表观性能。因此,选用柠檬酸钠作为改性磷建筑石膏的缓凝剂,其掺入量适宜为0.20%。

2.7 磷建筑石膏墙体灌浆料性能检测及自然干燥试验

磷建筑石膏85%、磷渣粉15%、外掺石灰3%、聚羧酸减水剂0.8%及柠檬酸钠0.2制备磷建筑石膏墙体灌浆料,并将其浇注于40 mm×40 mm×160 mm的模具中,检测其物理性能、放射性及其在自然状态下(10℃±7℃)水分蒸发情况,结果分别见表7、表8、表9。

磷建筑石膏墙体灌浆料物理性能见表7,从表中可以看出,磷建筑石膏墙体灌浆料的初凝时间50 min,终凝时间57 min,满足现场石膏浇注的施工工艺要求。石膏墙体灌浆料的干燥抗折强度3.70 MPa,抗压强度8.39 MPa,满足非承重墙体强度的技术指标要求。

表8磷建筑石膏墙体灌浆料放射性检测结果。从表中可以看出,磷建筑石膏墙体灌浆料的放射性符合GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限量》标准要求。因此,磷建筑石膏墙体灌浆料可以广泛地用于建筑物的内墙和外墙。

磷建筑石膏墙体水分蒸发结果见表9。从表中可以看出,当样品放置3 d后,其含水率已经下降到5%以下,但仍有继续脱水的趋势。当样品放置到5 d,其含水率仅为2.3%。因此,磷建筑石膏墙体灌浆料浇注成尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的试块,在自然状态下(10℃±7℃),5 d后可以达到基本干燥的状态。

3 结论

磷建筑石膏主要含有β-半水硫酸钙相,其含量达到87.61%,其次是含有无水硫酸钙相。磷建筑石膏达到GB/T 9776-2008《建筑石膏》中3.0等级的物理性能指标要求。

采用磷建筑石膏85%、磷渣粉15%、外掺石灰3%、聚羧酸减水剂0.8%,柠檬酸钠缓凝剂0.2%,水膏比0.48的物料配比制备磷建筑石膏墙体灌浆料,其初凝时间50 min,终凝时间57 min,干燥抗折强度3.70 MPa,抗压强度8.39 MPa,放射性符合国家标准要求,并且,在自然状态下(10℃±7℃),40 mm×40 mm×160 mm试块5 d后可达到基本干燥的状态。

摘要：采用磷渣粉、石灰、聚羧酸减水剂及柠檬酸钠缓凝剂与磷建筑石膏混合,制备改性石膏墙体灌浆料,研究了各种组分掺入量对改性建筑石膏物理性能的影响。研究结果表明:各组分添加量恰当时,制备的磷建筑石膏墙体灌浆料综合性能优良,其初凝时间50min,终凝时间57min,干燥抗折强度3.70MPa,抗压强度8.39MPa,放射性符合国家标准要求,在自然状态下可达到基本干燥的状态。

关键词：磷石膏,墙体灌浆料,性能

参考文献

[1]刘代俊,刘玉琨,钟本和等.高强度磷石膏砌块的研制[J].磷肥与复肥,2004,19(1).

[2]王雪梅,刘代俊,钟本和.磷石膏砖块的研制[J].化工矿物与加工,2002(2).

[3]王沁芳,张朝辉,杨江金.磷石膏的特性及其建材资源化利用[J].砖瓦,2008(5).

[4]邵建华,王传利.磷石膏综合利用途径的探讨[J].中国资源综合利用,2007,25(8).

磷石膏含量 篇4

1 存在的问题

改性磷石膏80~90元/t, 氟石膏160~180元/t, 我公司2014年2~7月磷石膏掺入量不高, 最高时仅为石膏总量的25.9%, 不能有效降低石膏使用成本。2014年2~7月磷石膏掺量及水泥凝结时间见表1。

2 磷石膏的检测及相关特性

磷石膏是磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣, 其主要成分为硫酸钙, 还含有有机磷、无机磷、氟、钾、钠等成分及其他无机物, 含水率为20%~25%, 可溶磷和氟会减少水泥水化生成氢氧化钙的含量, 使生成钙矾石速度减慢, 同时, 可溶氟使水化产物二水石膏晶体粗化, 晶体间的接合点减少、接合力削弱, 可溶性磷和氟的存在减慢水化硬化的原因可能是在水化初期可溶磷和氟形成磷酸钙和氟化钙沉淀覆盖在半水石膏表面, 阻碍其溶出与水化, 造成水泥凝结迟缓及强度降低[1]。

我公司磷石膏的检测见表2。

3 磷石膏对水泥凝结时间的影响

磷石膏不同掺量对水泥凝结时间的影响见图1。

磷石膏 (掺量100%) 在不同温度下对水泥凝结时间的影响见图2。

磷石膏水分对水泥凝结时间和强度的影响分别见图3和图4。磷石膏p H值对水泥凝结时间的影响见图5。磷石膏P2O5含量对水泥凝结时间的影响见图6。

从图1~图6可以看出, 磷石膏掺入量的主要影响因素为:

1) 在室温条件下, 改性磷石膏占比越大, 缓凝效果越明显。

2) 外界温度越低, 磷石膏缓凝效果越好。

3) 石膏外水水分偏高, 虽然对凝结时间影响不大, 但对强度影响大。

4) 磷石膏p H值稳定性差, p H值<7.0时, 凝结时间长。

5) P2O5含量不稳定, P2O5含量>2.0%时, 凝结时间长。

4 解决措施

考虑大气温度≥30℃的月份 (5~10月) 提高磷石膏掺量至40%~50%, 在大气温度<30℃的月份 (11~4月) 则严格根据出磨水泥凝结时间控制磷石膏的掺入量。提高磷石膏掺入量的主要措施:

1) 对进厂磷石膏每批检测p H值, 控制磷石膏p H值≥7.0;

2) 控制P2O5含量≤2.0% (不定期送进厂石膏样品到其他基地检测P2O5含量值) ;

3) 控制入磨石膏外水水分≤12.0% (加大储存量, 先进先用, 并适当晾晒) 。

5 效果

2014年8~10月磷石膏的应用情况见表3。

从表3可见, 采取措施后, 磷石膏掺量比例大幅提高, 对水泥性能没有不良影响, 同时降低了石膏使用成本。

参考文献

磷石膏含量 篇5

本文研究的磷石膏基玻化微珠保温砂浆以工业副产磷石膏为主要胶凝材料，玻化微珠为轻骨料，采用外加剂对其进行改性，是近年来发展起来的一种新型干粉保温砂浆[7]。其选用级配良好、导热系数小、耐火度高的玻化微珠，内部为多孔的空腔结构，耐高温、吸水率低等优异性能，并掺加多种外加剂和抗裂纤维配制而成，因而具有优异的保温隔热性能和防火耐老化性能，更能给人以舒适的感觉，是内保温技术实施的一种有效选择[8]，同时由于大量采用废弃物磷石膏，环保意义显著，符合国家循环经济的产业政策，生产成本较低，可实现环境与经济的可持续发展，符合《大宗工业固体废物综合利用“十二五”规划》的要求[9]。

1 实验

1.1 原材料与性能

磷石膏，公司磷肥副产物，煅烧预处理(β-石膏)，Ca O改性，其石膏组成和性能见表1;氧化钙，工业级;膨胀玻化微珠，堆积密度80～120 kg/m3，表面玻化率不小于95%，主要成分是Si O2,Al2O3等;可再分散乳胶粉，市购;纤维素羟丙基甲基醚(HPMC)，粘度10万;聚丙烯耐拉纤维，长度15 mm，直径为0.8～1.1 mm，抗拉强度≥350 MPa，断裂伸长率≤30%;高效石膏缓凝剂，市购;表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)，市购。

1.2 石膏基保温砂浆配制方案

制备砂浆如表2所示，保温轻骨料分别采用20目和40目两种实验，骨胶比0.6∶1，根据颗粒目数大小调节稠度80 mm左右，合理添加HPMC和SDS，在砂浆搅拌机中加入相应比例的水，再加入分散混匀的石膏胶凝材料和外加剂，先慢速搅拌30 s，再快速搅拌2 min，再按要求的骨料比慢速搅拌下加入轻保温骨料后快速搅拌1～2 min，控制料浆稠度在75～85 mm之间为宜，将砂浆一次装入试模，到规定时间后脱模，养护，干燥。测试前的样品试块，保温板根据需要放入烘箱45℃中烘干。砂浆干密度、浆体密度测试参照JG 158-2004，抗压强度采用160 mm×160 mm×40 mm试模、抗折强度试件参照GB/T17671-1999，砂浆稠度参照JGJ 70-1990《建筑砂浆基本性能试验方法》，保温砂浆导热系数测试参照GB/T 10294-1988。

2 结果与讨论

2.1 石膏基保温砂浆中保温骨料目数的影响

目数越小，颗粒越大，由图1可知，20目对应的抗折和抗压强度较40目的大，导热系数也相对减小，保温性能增加，20目较大尺寸情况下，抗折强度大于0.3 MPa，抗压强度大于0.4 MPa，导热系数小于0.008 W/(m·k)，这是由于颗粒粒径大，比表面积减小，凝胶材料粘结力增加。颗粒大的情况下，内部空腔比较多，保温性能也相对较好，导热系数也相对较低。颗粒尺寸再大，成本也相对较大，施工性能也相对较差，综合考虑成本和施工性能，热学性能基础上，石膏基保温砂浆玻化微珠选择颗粒粒径20目左右为主要基料进行级配。

2.2 HMPC含量对石膏基保温砂浆性能的影响

由图2得到，相同粒径情况下，HMPC含量的增加，抗折强度和抗压强度降低，导热系数减小，保温性能增加，这是由于HPMC在保温砂浆中起到保水增稠和改善施工性的作用，随着纤维素醚掺量的增加，拌合物黏性增大，浆体内引入的大量气体难以排出，使硬化后的保温砂浆结构疏松，使硬化后的保温砂浆结构疏松，从而降低了保温砂浆的抗折强度和抗压强度。但由于引入了气泡在砂浆里面，因此，密闭的气泡起到保温效果，使砂浆的综合保温性能提高，在实际应用中，要考虑到强度性能和保温性能方面的平衡方面，需要保温性能的时候适当提高HMPC含量，需要强度性能的时候适当减少HPMC的含量。

2.3 发泡剂的影响

由图3可得，砂浆中无SDS添加情况下，搅拌液浆液有很少的部分气泡，气泡不稳定，静置一段时间自动消失。成型后的表面形貌比较均匀，气泡数量比较少，比较致密。从横截面上也可以看出其密实度相对较高，有少部分细小气孔这是由于为加入HPMC情况下，除能相应增加稠度和保水外，还能够在搅拌过程引入气体，造成形成部分闭腔结构，引入的空气。而加入SDS情况下，搅拌浆液有明显的大小均一的气泡，稳定性也比较好。成型后的表面形貌比较均匀，气孔细小，均匀，没有出现大的气泡团聚现象。横截面气泡数量比较多，没有出现上层气泡过度集中现象，分布范围均匀，气泡大小相对比较集中。这是由于泡沫是不稳定体系，纯液体很难形成稳定持久的泡沫，必须有发泡剂或表面活性剂，并在强力搅拌作用下才能得到稳定性较好的泡沫。SDS在以纤维素醚HPMC为稳泡剂的情况下作为起泡剂，气泡稳定，导热系数更小，保温效果更好。

SDS的加入但要控制合适的量，控制砂浆中引入气泡的数量和大小等因素，由图4可以看出，随着SDS的增加，抗折强度和抗压强度逐渐减小，导热系数逐渐减小，保温性能增加，这是由于随着SDS含量的增加，浆料在搅拌过程中能产生大量微小气泡，有利于降低制品的表观密度，制品的干表观密度减小，但同时也使材料在受力时承载截面减小，强度降低。在综合考力学性能和保温性能达到标准要求和使用性能的基础上，使用过程中要选择适宜的添加比，选择SDS占凝胶材料百分比为0.4%～0.5%，保温骨料添加量骨胶比0.6∶1，此时，石膏基保温砂浆抗折强度能达到0.3 MPa，抗压强度0.7 MPa，导热系数小于0.08 W/(m·k)，添加发泡剂少，所用骨料也比较少，力学性能和热学性能也满足先关标准要求，成本更低，经济效益更好。保温骨料添加量骨胶比0.6∶1。

3 结论

(1)石膏基保温砂浆所用保温骨料较大尺寸情况下，比表面积减小，凝胶材料粘结力增加，力学性能增加。同时较大的颗粒内部空腔比较多，保温性能也相对较好，导热系数也相对较低，综合考虑施工和成本性能采用20目左右为主级配更理想。

(2)HPMC在保温砂浆中起到保水增稠和改善施工性的作用，同时由于随着纤维素醚掺量的增加，拌合物黏性增大，浆体内引入的大量气体难以排出，具有引气作用，引入气泡能降低强度，提高保温性能，降低导热系数，综合考虑成本，力学性能和热学性能下宜选择0.5%～1%。

(3)纤维素醚HMPC做增稠剂的情况下，添加SDS能够引入稳定的气泡的同时保证砂浆的稳定性和力学强度性能，有利于降低制品的表观密度，导热系数更小，保温效果更好，同时减少骨料添加量，其成本也比较低，在保温骨料添加量骨胶比0.6∶1，添加发泡剂0.5%情况下，石膏基保温砂浆抗折强度能达到0.3 MPa，抗压强度0.7 MPa，导热系数小于0.08 W/(m·k)，满足标准要求。

参考文献

[1]吴晓彤,张雪芹.建筑干粉砂浆的生产及应用[J].新型建筑材料,2002(6):13-15.

[2]吴彻平,彭家惠,瞿金东,等.新型脱硫石膏基保温砂浆的配制及性能研究[J].材料导报,2011,25(20):121-124.

[3]桑国臣.节能环保型保温材料的研制[D].西安:西安建筑科技大学,2004.

[4]Shen W G,Zhou M K.Environmental impact assessment of semi-rigid road base material[J].Journal of Safety&Environment,2005.

[5]Qiong-Fen Y U,Ning P,Yang Y H.Discussion about Pretreatment and Resource Recovery of Phosphogypsum[J].Acta Agriculturae Jiangxi,2008.

[6]沈凡,徐慢,王树林,等.磷石膏基保温砂浆的制备与性能研究[J].安全与环境学报,2015(1):277-279.

[7]王坚,杨婷.磷石膏玻化微珠保温砂浆的配制与施工工艺[J].新型建筑材料,2008,35(6):23-25.

[8]张泽平,李建宇,杨晓晶,等.玻化微珠保温砂浆系统的设计与应用研究[J].混凝土与水泥制品,2008(3):45-48.

磷石膏含量 篇6

1 磷石膏的杂质及其影响

磷石膏的主要化学成分为CaSO4,同时还含有游离磷酸、磷酸盐、氟化合物、铁、镁、铝、硅和有机物等杂质[3],其中P和F是磷石膏中主要有害杂质,它们的存在影响了磷石膏的应用性能,在很大程度上限制了其实际应用。

磷通常是以可溶磷、共晶磷和难溶磷三种形式存在于磷石膏中。研究表明[4],可溶磷主要以H3PO4、H2PO4-、HPO42-三种形式存在,可溶性磷具有缓凝作用,会延缓磷石膏的凝结时间;共晶磷是由于HPO42-同晶取代部分SO42-进入硫酸钙晶格而形成的,它的存在会降低石膏硬化体的强度;难溶磷主要是以Ca3(PO4)2的形态存于未反应的磷灰石粉中,是一种惰性填料,无不利影响。

氟在磷石膏中主要以可溶氟(NaF)和难溶氟(CaF2、Na2SiF6)形式存在。可溶性氟也会与石膏发生发应,释放一定的酸性,对胶凝材料的碱性水化环境产生一些不利影响。

有机物源于磷矿石中的有机杂质和生产时外加的有机添加剂。磷石膏中的有机物杂质通常分布在二水石膏晶体表面,一方面会增加磷石膏的需水量,同时也会削弱二水石膏晶体间的接合,导致石膏硬化体结构疏松,强度降低。

2 磷石膏预处理方式

如前面所述,磷石膏中的有害杂质会降低其应用性能,因此,在利用磷石膏生产新型墙体材料时通常需要进行预处理,以消除或减少其有害杂质对制品的不利影响。目前,磷石膏的预处理方式主要有以下几种[4]:

2.1 水洗

水洗是将磷石膏与温水混合搅拌后,置于化浆池中进行漂洗,然后再通过过滤器淋洗,并进行真空机械脱水的一种预处理方式。水洗可以去除磷石膏中的可溶性磷、氟及悬浮于水面的有机物,操作简单,但用水量大,且会产生二次污水。

2.2 石灰中和

石灰中和是往磷石膏中加入碱性改性剂石灰,石灰与磷石膏中可溶性磷和氟反应生成惰性物质,从而消除可溶性磷和氟的不利影响。

2.3 浮选

浮选是将磷石膏和水以一定的比例输入到浮选设备,然后搅拌、静置、除去液体表面的悬浮物质。该方法与水洗类似,可以去除磷石膏中的可溶性磷、氟,但去除有机杂质效率更高。

2.4 筛分

采用筛分工艺除杂是基于磷、氟、有机物等杂质并不是均匀分布在磷石膏中,不同粒度磷石膏的杂质含量存在显著差异的原理。因此,只有当杂质在不同粒径磷石膏颗粒中分布不均匀时才使用该预处理工艺,且杂质分布越不均匀,除杂效果越明显。

2.5 球磨

球磨是采用球磨机对磷石膏进行预处理,通过改善磷石膏粒径、形貌和颗粒级配,提高其流动性,减少标准稠度需水量,从而提高作为胶凝材料的强度。

2.6 煅烧

煅烧是基于原状磷石膏(CaSO4·2H2O)在高温下发生脱水反应、P2O5在高温下分解成气体或部分转变成惰性磷酸盐类化合物和有机杂质在高温下燃烧的原理,在使磷石膏获得胶凝性能的同时,减少杂质对其应用性能的影响。该工艺不需水洗,避免了水污染问题,是目前常用的预处理方式。

3 磷石膏在新型墙材中的主要利用途径及注意事项

3.1 生产石膏制品

磷石膏的主要成分为二水石膏(CaSO4·2H2O),是CaSO4-H2O系统中的一种石膏相。目前,CaSO4-H2O系统中公认的石膏相有5种形态、7个变种,在不同温度条件下可以发生晶型转变(如图1所示[5])。二水石膏在不同温度下煅烧可得到半水石膏(见图2)、Ⅲ型无水石膏和Ⅱ型无水石膏3种石膏脱水相,以半水石膏为主要成分的脱水石膏也称为建筑石膏。半水石膏加水后立即溶解,与水反应生成二水石膏,由于二水石膏的溶解度小于半水石膏,在半水石膏的过渡饱和溶液中水化产物二水石膏晶核大量生成、长大,晶体之间相互接触、连生,相互交织在一起成一整体,产生强度。

因此,可以看出二水石膏既是制备建筑石膏的原材料,也是建筑石膏水化的最终产物。

利用磷石膏生产石膏制品类新型墙体材料,首先是制备建筑石膏粉,然后以建筑石膏粉为原料生产石膏制品,比如利用磷石膏生产石膏腻子、石膏砌块和石膏板均属此类。利用磷石膏生产石膏制品类新型墙体材料时,应注意以下问题:

3.1.1 软化系数

石膏属于气硬性胶凝材料,其制品具体一个共同的弱点就是耐水性差,即软化系数低。石膏制品在干燥状态下抗压强度可达6 MPa~10 MPa,当处于饱和水状态时,其强度损失可达70%。为提高石膏制品的耐水性能,可以加入一定数量的粉煤灰、矿渣等含有活性SiO2、Al2O3成分的外加剂,也可以用水溶性聚合物对石膏制品进行改性处理,还可以涂刷或覆上防水层。

3.1.2 凝结时间

半水石膏水化速度快。常温下,β型半水石膏完全水化的时间为7 min~12 min。利用磷石膏生产石膏制品类新型墙体材料时,在生产中通常需要加入缓凝剂,对石膏的凝结时间进行调节,以便生产工序的正常进行。可作为石膏缓凝剂的有骨胶、蛋白胶、淀粉渣等大分子量物质和乙醇、丙三醇、柠檬酸、硼酸及其盐类等物质。缓凝剂可以有效延长石膏的凝结时间,但也会不同程度的降低其强度。因此,缓凝剂通常搭配减水增强剂同时使用。

3.2 生产水泥混凝土制品

利用磷石膏生产水泥混凝土制品类新型墙体材料,比如混凝土实心砖或多孔砖,可直接利用原状磷石膏,同时加入粉煤灰、矿渣、石灰和水泥等制成复合胶凝材料后,再生产其制品。原状磷石膏(CaSO4·2H2O)本身无胶结性能,但可作为粉煤灰、矿渣的硫酸盐激发剂,与其中的活性Al2O3反应生成钙矾石。但用量有限,主要取决于粉煤灰和矿渣中活性Al2O3的含量。利用磷石膏生产水泥制品类新型墙体材料,产品的力学性能符合要求,最大的问题是产品的体积稳定性。

粉煤灰(矿渣)-石灰-二水石膏复合胶凝材料中,粉煤灰或矿渣在石灰的作用下发生缓慢水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等物质,当有二水石膏的存在时,水化铝酸钙继续反应生成水化硫铝酸钙(钙矾石),钙矾石形成后可使固相体积增大约1.2倍。当胶凝材料已硬化,体系中仍有钙矾石生成,其结晶压力会导致硬化体开裂,甚至全部崩解(如图3所示),这就是延迟钙矾石膨胀开裂。

有研究表明[6],粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料体系,二水石膏掺量5%时,材料的体积稳定性良好,当掺量为10%和20%时,体积稳定性差。粉煤灰活性、掺量、水化条件、钙矾石形成时间、部位及晶体生长方向等对该体系胶凝材料的体积稳定性均有影响,二水石膏掺量的上限值因材料而异,需进行耐久性试验确定。

3.3 生产硅酸盐混凝土制品

在生产蒸压加气混凝土时,通常需要加入石膏调节剂,一方面用于抑制石灰消解过程,延缓料浆的稠化速度,使之与发气速度相匹配,另一方面,与铝酸盐反应,生成水化硫铝酸钙,促进坯体硬化,提高进釜前坯体的强度。作为生产蒸压加气混凝土的调节剂,可以直接使用原状磷石膏(二水石膏),但石膏掺量过大,对料浆浇筑的稳定性产生不利影响,掺量一般以钙质材料的10%为宜。

利用磷石膏生产蒸压制品,虽然胶凝材料的水化反应在蒸压条件下进行的更快,但与生产水泥混凝土制品一样,也应注意其延迟钙矾石膨胀开裂问题。

4 结语

利用磷石膏生产新型墙体材料是其综合利用的有效途径之一,主要利用方式有:(1)煅烧除杂处理,利用其气硬性胶凝材料的特性,生产石膏制品,如石膏砌块、石膏板等;(2)利用磷石膏对粉煤灰、矿渣的硫酸盐激发作用,不做预处理,直接与粉煤灰、矿渣、石灰和水泥配制成复合胶凝材料,再生产相关的制品,如混凝土实心砖、砌块、蒸压砖等;(3)作为蒸压加气混凝土生产的调节剂,直接利用。其中,利用磷石膏生产石膏制品,可大量消耗磷石膏;利用磷石膏生产水泥混凝土制品,不需预处理,工艺简单,但消耗磷石膏数量有限,且应警惕延迟钙矾石膨胀开裂的潜在危害。

摘要：简述了磷石膏中不同杂质对其应用性能的影响及其预处理方式;从石膏基本性质出发,分析了利用磷石膏生产石膏制品、水泥混凝土制品和硅酸盐混凝土制品类新型墙体材料的理论依据和需注意的问题;提出了利用磷石膏对粉煤灰、矿渣的硫酸盐激发作用生产混凝土实心砖、蒸压砖,应警惕延迟钙矾石膨胀对制品的危害。

关键词：磷石膏,新型墙体材料,延迟钙矾石,体积稳定性

参考文献

[1]江善襄,方天翰,戴元法等.磷酸、磷肥和复混肥料[M].北京:化学工业出版社,1999.

[2]郭翠香,石磊,牛冬杰等.浅谈磷石膏的综合利用[J].中国资源综合利用,2006,24(2).

[3]卓蓉晖.磷石膏的特性与开发应用途径[J].山东建材,2005(1).

[4]杨敏,钱觉时,王智,黄煜镔.杂质对磷石膏应用性能的影响[J].材料导报,2007,21(6)

[5]杨敏.杂质对不同相磷石膏性能的影响[D].重庆:重庆大学,2008.

纤维改性对β半水磷石膏的影响 篇7

关键词：纤维改性,磷石膏,力学性能,界面作用

0前言

纤维与磷石膏主要是通过界面的作用情况直接影响磷石膏的物理力学性能的, 界面作用对石膏基复合材料的性能影响十分重要。随着复合材料的发展, 界面作用及其对材料物理力学性能研究越来越受到重视[1]。

目前常见报道主要是研究玻璃纤维对磷石膏的作用情况[2,3,4,5], 其中用玻璃纤维网格布作用磷石膏会在整体上有增强作用, 但在没有玻纤层的石膏部分会出现断层现象;用短切玻璃纤维改性, 会出现玻纤杂乱无序, 分布不均的情况, 且不同长度玻璃纤维对磷石膏强度提升较小, 综合表现一般。

磷石膏是磷化肥企业生产过程中排放的废弃物, 会污染空气、植被和地下水, 并占用大量土地来堆存, 研究磷石膏的综合利用十分迫切。本文将通过几种不同的纤维与β半水磷石膏的作用研究, 探索其作用规律、作用方式以及界面结合情况, 寻找改善石膏复合材料物理力学性能的方法。

1 原料与方法

1.1 原材料

β半水磷石膏 (Ca SO4·1/2H2O) :四川高宇集团有限公司提供, 标准稠度用水量为60%, 120目筛筛余量<3%。β型半水磷石膏的XRD谱图见图1。

由图1可以看出, 磷石膏中主要成分为半水硫酸钙 (Ca SO4·1/2H2O) , 同时还含有少量的Si O2及其他杂质, 经分析Ca SO4·1/2H2O含量为90%以上。

玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维均为市售, 短切长度分为5种, 分别是6、9、12、15、20 mm, 基本性能参数见表1。

1.2 实验方法

磷石膏物相分析:采用XRD分析, D/max-RB型, 日本理学电机公司。

磷石膏微观形貌分析:采用立体SEM分析, S440型, 英国Leica Cambridge有限公司生产。

标准稠度用水量、凝结时间、试块强度测定参照GB9776-2008《建筑石膏》进行操作。

2 结果与讨论

在复合材料中掺入纤维可改善建筑材料的物理力学性能, 能降低材料的收缩性, 减少开裂, 有良好的抗裂效果, 并且添入纤维还能改善建筑材料的保温隔热性能, 因此, 在水泥混凝土中掺入纤维的研究较多并取得了较好的成绩[6,7,8,9]。但是利用纤维增强改性石膏基材料的研究较少, 且主要集中在玻璃纤维对石膏的作用上。从利用玻璃纤维改性石膏基材料的报道中可了解到玻璃纤维对石膏基材料的效果不明显, 玻璃纤维对石膏基体的增强作用不理想。因此, 本文另外选用了玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维来进行实验。

2.1 玄武岩纤维对磷石膏改性情况

利用纤维对磷石膏改性主要从两个方面展开探讨, 一是纤维长度变化的作用情况, 二是纤维掺量变化的作用情况。玄武岩纤维改性试验结果见图2~3。

由图2分析可知, 短切玄武岩纤维掺量<0.3%时, 总体表现为对磷石膏硬化体强度有降低作用, 但降幅不大;当短切玄武岩纤维掺量达到2%时, 纤维的添加对磷石膏的抗折强度有明显提升, 且抗折强度随着纤维长度的增加而增强, 掺量2%的20 mm纤维效果最好, 提升强度107%。但对于6 mm短切玄武岩纤维, 掺量越大反而强度越低, 经分析认为是由于玄武岩纤维不能很好地分散成单丝, 由于纤维太短且呈束状, 石膏材料向它们集结形成多个中心导致在基体中严重分布不均匀, 相互间作用力减弱, 最终引起磷石膏抗折强度下降。因此, 为取得好的增强强度效果, 宜选用长度偏长的短切玄武岩纤维作用于磷石膏, 纤维若能更好分散成单丝的更佳, 试验中用20 mm的短切玄武岩纤维效果就很不错。需要注意的是纤维长度不能过长, 否则会因纤维长度过长而出现在搅拌过程中纤维交叉缠绕结团严重的情况, 使得纤维分布不均并形成大大小小的纤维中心点, 消弱相互之间的作用力, 导致抗折强度的降低。

从图3可见, 短切玄武岩纤维的掺入使磷石膏的抗压强度比空白对比试样的强度低, 总体趋势表现为纤维掺量越大, 磷石膏抗压强度下降幅度越大, 纤维的掺入对磷石膏的抗压强度起了负面作用。其中掺入12、15 mm和20mm的玄武岩纤维的磷石膏抗压强度随纤维长度增加而降低幅度越大, 掺入20 mm纤维的材料抗压强度降幅接近30%。经分析认为是由于试样在受到外界压力时, 会引起试样内部产生一种拉应力, 通过这种拉应力的作用使应力集中造成试样内部微裂缝延伸扩大, 拉应力越大, 应力集中越强烈, 裂缝越大直至可见, 最终导致试样的破坏。由于试样中纤维分布杂乱不均匀, 并有一定程度纤维结团现象, 导致试样中的应力点和微裂缝增多;纤维掺量越大, 结团情况越明显, 微裂缝也越多, 最终抗压强度就越低。除此之外, 由于掺入的短切玄武岩纤维会“夺走”磷石膏中一定的水分, 导致实际用水量会少于标准稠度用水量, 使水化不完全而造成抗压强度降低。掺入纤维的量越大, 这种“缺水”情况就越明显, 抗压强度也越低。

综上所述, 玄武岩纤维改性磷石膏效果比较明显, 可根据对抗压强度的实际需求调整掺量, 并适当增大水灰比, 在满足抗压强度的前提下进一步提升抗折强度。

2.2 聚丙烯纤维对磷石膏改性情况

聚丙烯纤维改性试验结果见图4~5。

从图4可以看出, 聚丙烯纤维的掺入影响情况有两种, 一是小量掺入6、9 mm和12 mm的聚丙烯纤维能提升磷石膏15%~20%的抗折强度, 增大掺量后引起强度波动变化。二是掺入15 mm和20 mm的聚丙烯纤维则持续降低磷石膏的抗折强度, 掺量2%时抗折强度才略有提升。总体看来, 聚丙烯纤维对磷石膏的增强效果很差, 分析认为是由于聚丙烯纤维的直径相对较大, 其弹性模量和抗拉强度都很小, 密度小导致同等掺量要添加更多的纤维数, 引起纤维分散不均形成更多的结团现象, 最终使得磷石膏的抗折强度降低。

从图5可见, 在测试允许误差范围内, 掺入聚丙烯纤维的磷石膏抗压强度基本一致表现为掺量越大强度越低, 纤维越长抗压强度越低, 其中掺入20 mm聚丙烯纤维的磷石膏抗压强度最大降幅为27%。综上可知聚丙烯纤维对磷石膏的改性效果不好, 适应性差。

2.3 聚乙烯醇纤维对磷石膏改性情况

聚乙烯醇纤维的改性试验结果见图6~7。

由图6可以看出, 聚乙烯醇纤维作用于磷石膏效果也分为两种情况, 一种是6、9 mm纤维的掺入使抗折强度随纤维掺量增大而增大。低掺量时增长缓慢, 掺量分别达到1.5%和1%时出现强度突增, 掺量为2%时抗折强度分别提升了89%和104%。另一种情况为12、15 mm和20 mm聚乙烯醇纤维作用于磷石膏时抗折强度均出现了拐点, 即随纤维掺量增加表现为强度先增加, 过一定量后开始下降, 最好作用效果时分别提升了97%、76%、114%, 相对于玻璃纤维最好作用效果提升了30%。经分析认为是由于聚乙烯醇纤维具有很高的弹性模量以及抗拉强度, 相对于玄武岩纤维, 聚乙烯醇纤维具有更好的单丝分散性, 表现为强度增加幅度更大;继续增大掺量会形成过多的结团, 减弱分散效果并“夺走”更多的水分, 影响磷石膏水化, 导致强度下降。

由图7可见, 聚乙烯醇纤维作用情况与之前两种纤维一样, 对磷石膏抗压强度有减弱效果, 掺量越大, 长度越长, 强度越低。掺入20 mm聚乙烯醇纤维2%时, 降幅达到了42%, 比以上两种纤维的降低程度都大。经分析认为是由于聚乙烯醇纤维有良好的单丝分散性, 使拉应力的集中程度更大, 产生了更多的微裂缝, 同时还“夺走”了更多的水分, 降低了实际水灰比, 引起水化程度不完全, 导致强度下降更多。

2.4 纤维与磷石膏的界面结合情况

纤维作用磷石膏的断面情况可直接用肉眼观察, 然后选取强度提升效果较好的测试试块, 通过扫描电镜来观测各种纤维与磷石膏的结合情况, 结合情况见图8。

实验观察发现试样强度测试过后, 试块并未彻底断为两截, 被掺入的纤维连接着, 即试块本身已断, 但纤维未断只是被拉伸拔出, 整个试块仍连为一体, 甚至掺量较大时测试结束试块仅出现明显的裂缝。由图8可以看出, 纤维与磷石膏的结合为单纯的机械结合, 未发生化学作用。因此, 单纯的依靠纤维与磷石膏在水化反应后产生的摩擦力以及纤维本身的物理特性相互作用, 试验效果不理想。从实验结果来看, 表现为纤维本身的抗拉强度和弹性模量越大, 表现出与磷石膏的摩擦力越大, 对磷石膏的抗折强度提升效果就越好。

3 结论

1) 实验中选用的几种纤维对磷石膏的增强改性作用效果依次为聚乙烯醇纤维>玄武岩纤维>聚丙烯纤维, 并且聚乙烯醇纤维作用效果远好于玻璃纤维。

2) 使纤维在磷石膏中均匀分散依旧是个难题。较长的单丝分散性好的纤维会比较短的成束纤维作用效果更佳, 但抗折强度提升较大时抗压强度也会相应的降低较大, 因此, 在纤维选用上应根据实际需求情况调整, 以达到最佳效果。

3) 从实验结果看纤维与磷石膏的作用效果主要受到纤维本身基础性能的影响, 尤其是抗拉强度和弹性模量, 与磷石膏作用是单纯的机械结合, 缺少形成有效的化学键作用力, 设想若通过表面基团包覆改性作用或采用界面粘结处理效果会更佳。

参考文献

[1]陈平, 于祺, 路春.纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展[J].纤维复合材料, 2005, 34 (1) :53-59.

[2]曹巨辉.玻璃纤维增强普通硅酸盐水泥耐久性研究[D].重庆:重庆大学, 2004.

[3]秦永超.一种玻璃纤维增强石膏产品及其制备方法和设备[P].中国专利:CN 101851081B, 2009-04-03.

[4]葛曷一, 柳华实, 李国忠.玻璃纤维增强石膏配合比设计参数的选择[J].建材技术与应用, 2004, 25 (1) :13-15.

[5]展琳琳, 李国忠.玻璃纤维表面处理对石膏复合材料性能的影响[J].建筑砌块与砌块建筑, 2010, 28 (2) :52-53.

[6]廉杰, 杨勇新, 杨萌, 赵颜.短切玄武岩纤维增强混凝土力学性能的试验研究[J].工业建筑, 2007, 44 (6) :8-10.

[7]薛福连.高强度聚乙烯醇纤维在建材中的应用[J].四川建材, 2004, 30 (2) :31-32.

[8]白建文, 闫敏.聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料应用与展望[J].山西建筑, 2010, 36 (5) :170-171.

磷石膏含量 篇8

20世纪50年代初我国已开始磷石膏综合利用的研究,取得了一定的成果。本文针对磷石膏综合利用的现有报道,对磷石膏中钙资源的回收与利用途径进行了收集与整理。

1磷石膏中钙源的回收与利用途径

1.1磷石膏制硫化钙、氧化钙

利用磷石膏制硫酸联产水泥报道较多,磷石膏煅烧制硫化钙、氧化钙是硫酸钙生产硫酸和水泥孰料生产过程中的重要生产工艺。

磷石膏的主要成分CaSO4是稳定的化合物,在还原剂存在情况下,加热到900～1200 ℃即可分解。磷石膏与还原剂反应,将硫酸钙还原为硫化钙,还原反应所得产物为硫化钙、氧化钙及未反应的硫酸钙混合物。其主要化学反应为:

undefined

通过控制硫化钙与未反应的硫酸钙的物质的量比,可制得用于生产硫酸的SO2和水泥孰料CaO[1,2]:

undefined

此法的优点在于:①硫酸钙还原生成硫化钙过程简单易行,且硫酸钙的转化率高,能到90%以上,使磷石膏中的硫钙得以充分利用。②该工艺可使磷石膏还原分解炉温度降至1000 ℃以下,可采用水泥生产成熟的窑外分解设备,生产过程稳定,从而实现大规模生产[1]。③磷石膏被消化而不产生二次废渣。但缺点是生产设备效率低,投资大、能耗高。

1.2磷石膏制硫氢化钙

硫氢化钙是制备硫脲的重要中间产品。传统的硫脲生产中,是用硫化钡或硫化钠制备硫化氢,然后用石灰乳负压吸收硫化氢制备硫氢化钙。此工艺既消耗硫化钡、硫化钠,又需添加生石灰,浪费资源。如果将磷石膏烧制而得的硫化钙与一定比例的蒸馏水混合成硫化钙的悬浊液,再将CO2气体通入硫化钙悬浊液中,进行碳酸化,就能制得硫脲的中间产物硫氢化钙[3]。该方法的问题在于,碳化过程中,发生主反应:

undefined3的同时会有副反应Caundefined发生,且通过控制条件只能减少副反应而不能消除。

除上述方法外,磷石膏烧制成的硫化钙与水配成悬浊液后,通入一定量的硫化氢气体对溶液进行浸提也能得到硫氢化钙溶液[4]。使用该方法,不仅在制备硫氢化钙过程中可除去磷石膏中硅、铝、铁等杂质,且在该反应中硫化钙的转化率高,能使磷石膏中的钙源得到充分的利用。缺点在于反应产生的滤渣量大,且目前还没有有效的利用途径,仍需要堆存;硫氢化钙性质不稳定,极易分解,只能随制随用。

1.3磷石膏制碳酸钙

碳酸钙是一种重要的无机化工原料,通过回收利用磷石膏中的钙源制得碳酸钙不仅成本低廉,而且能够减小磷石膏对环境造成的污染。其制备途径归纳起来有如下几类。

1.3.1磷石膏—硫化钙—碳酸钙

高温煅烧磷石膏制备硫化钙,再由硫化钙经过一定的反应制备碳酸钙是目前较为常见的通过磷石膏制备碳酸钙的途径之一。

由硫化钙转化为碳酸钙主要通过以下两种方式实现。①硫化钙直接碳化制备碳酸钙:硫化钙与水配成的硫化钙悬浊液中通入CO2气体对该悬浊液进行碳化分解,制得碳酸钙[5]。该反应简单、工艺路线短,但为保证碳化反应的完全进行,通常使CO2气体过量,这就使得产生的H2S气体中混有CO2气体,H2S气体的纯度降低,可利用率低。②硫化钙浸提、碳化制碳酸钙:硫化钙浸提得到硫氢化钙,再向硫氢化钙溶液中通入CO2气体对其进行碳化,从而制得纯度较好的碳酸钙[4,6,7]。美国的詹姆斯工艺就是其中的典型案例。该工艺目前已在浙江巨化公司试用,试验结果令人满意[8]。

1.3.2磷石膏—碳酸钙

除煅烧磷石膏制备碳酸钙外,直接利用磷石膏、碳酸钠以及盐酸在一定条件下能制备出纯度高达99%以上,白度达95%的特殊碳酸钙[9]。

此外,按照一定的配比向磷石膏中加入碳酸氢铵和水制成的溶液,并通过氨水调节反应过程中溶液的pH值,反应完成后的溶液经过滤、洗涤、干燥也可制得含量达96%以上的碳酸钙产品[10,11]。该方法虽然能制得纯度较高的碳酸钙,但工艺路线较长,且引入的其他物质还需进行后续处理。

1.3.3磷石膏—碳酸钙晶须

碳酸钙晶须在显微镜下呈针状或纤维状单晶体,具有原料丰富、性价比高、热稳定性好、易于加工等特点,其在造纸、塑料和橡胶等工业部门具有广泛应用前景。碳酸钙晶须的制备研究是当前国内外研究的热点。陈先勇等人以柠檬酸钠为添加剂,采用废弃磷石膏和尿素分别作为钙源和碳酸根源成功水热合成出了大小均匀、长径比高、分散性较好的文石型碳酸钙晶须以及稻草捆状和竹叶形状的碳酸钙样品[12],但该法距离工业化较远。

在利用磷石膏钙源制备碳酸钙的诸多途径中,除以碳酸钙为目标产物外,碳酸钙还往往通过磷石膏综合利用过程中副产物的形式得以实现。比如:磷石膏转化法生产硫酸钾副产碳酸钙[13,14];磷石膏生产硫酸铵[11];磷石膏综合利用制高浓度NPK复肥工业试验研究[15]等。曾光等以硝酸、碳酸氢铵和氨水为原料,经浸取后采用液-液连续碳化法对副产的碳酸钙渣进行深加工,制得了符合工业沉淀碳酸钙行业标准的轻质碳酸钙产品[16]。目前,通过磷石膏钙源的回收利用制备碳酸钙的途径较多,但部分研究者都只考虑到产品碳酸钙的纯度及白度,而忽视了碳酸钙沉降体积的重要性。

1.4磷石膏制氯化钙

氯化钙是一种极为有用的化工产品,可作为干燥剂、净水剂和冷冻剂等,广泛应用于化工冶金、医药食品等工业。以氯化钙为原料还可进一步加工成其他钙盐,例如超细碳酸钙等,品种可随市场的需求进行调节。氯化钙作为磷石膏钙源回收的产品之一,通常通过以下途径实现[17,18]:①以磷石膏、碳酸氢铵和氨水为原料进行复分解反应制备农用硫酸铵,同时副产碳酸钙。②盐酸处理副产的碳酸钙粗品得到工业氯化钙。整个反应过程中,由于碳酸钙是作为盐酸处理的副产物出现,故通过该方法制备氯化钙只是作为磷石膏钙源利用的一个途径,而非主要途径进行研究。

1.5磷石膏制磷酸氢钙

利用磷石膏制饲料级磷酸氢钙是解决磷石膏堆放及废物再利用的另一良好途径。铜陵化工设计院的潘建以氯化铵钾母液与碳酸钙渣对湿法磷酸进行联合脱氟,脱氟酸用碳酸钙渣进一步中和制取饲料级磷酸氢钙,其中,碳酸钙渣通过磷石膏与碳铵一步复分解产生。基本反应为[19]:

此外,磷酸氢钙还能通过磷石膏煅烧制硫化钙,硫化钙浸提制硫氢化钙,硫氢化钙与磷酸反应制得。但该方法对磷酸的品质要求较高,且磷酸品质的高低还直接影响了磷酸氢钙的色泽,造成了成本的增加。

1.6磷石膏制钾钙肥

通过磷石膏制钾钙肥是磷石膏钙源回收利用的一个新途径。申请号为CN200810069029.X的专利[20]公开了一种用不溶性含钾岩石和磷石膏生产钾钙肥联产硫酸的方法。该发明的实现途径为:将不溶性含钾岩石、磷石膏和无烟煤按质量比混合,粉磨、制成小球或相应的块后在回转窑,立窑或隧道窑内高温焙烧,烧结熟料经破碎,粉磨后包装即为钾肥产品,尾气送硫酸制备系统。申请号为200910102556.0的专利[21]将钾长石、石灰石和磷石膏按一定质量比混合,经粉磨、制球或制块后在回转窑、立窑或隧道窑内焙烧,烧结熟料粉碎包装为钾钙肥产品。

用磷石膏制钾钙肥,不仅有效的回收利用了磷石膏中的钙源,而且由于磷石膏中含有氟化盐、氧化铁等杂质,降低了物料的熔点。此外,该发明在高温烧结出钾钙肥的同时副产出生产硫酸的SO2气体,提高了经济效益。

2结 语

磷石膏含量 篇9

利用磷石膏制备水泥和混凝土的研究得到了国家有关部门的重视, 2012年在国家高技术发展计划 (863计划) 立项并获得资助, 课题名称为“多元固废复合制备高性能水泥及混凝土技术与示范”, 课题编号为2012AA06A112。课题的主要任务是开展以磷石膏、冶金渣等难以处理的大宗工业固废为主要原料, 研究制备高性能建筑材料的研究和生产示范。湖北省黄麦岭磷化工有限责任公司作为课题的示范依托单位, 承担了年产10万t过硫磷石膏矿渣水泥混凝土生产示范线的建设工作。该文以该生产示范线为例, 探讨了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的制备和应用技术。

1 生产工艺流程设计

过硫磷石膏矿渣水泥混凝土及制品的生产工艺分为:磷石膏预处理、原料粉磨、混凝土搅拌、成型和养护等几个工序。完整的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土制品生产线包括了矿渣烘干和粉磨系统、熟料和钢渣粉磨系统、改性磷石膏的制备系统、混凝土配料与拌合系统、成型与养护系统。其中矿渣的烘干与粉磨系统投资大、能耗高, 近年来, 随着我国资源综合利用水平的不断提高, 矿渣粉磨已经实现了设备大型化、生产专业化和产品标准化, 矿渣粉可由市场上直接购买。对于以综合利用磷石膏为主要目的的小型水泥制品企业, 可采用外购矿粉和少量普通硅酸盐水泥的方式, 生产过硫磷石膏矿渣水泥混凝土制品。其生产工艺流程见图1。

生产线的工艺流程主要有四个部分, 分别是:原材料进厂及储存;改性磷石膏浆体制备;过硫磷石膏矿渣水泥混凝土配制拌合和制品生产。

1) 原材料进厂及储存磷石膏、钢渣泥经汽车运输进厂后, 分别堆入原材料联合堆场的堆存区。矿粉经水泥散装车运输进厂后, 通过气泵输送入Φ3.5×10m (直段部分) 钢仓。PO 42.5普通硅酸盐水泥经水泥散装车运输进厂后, 通过气泵输送入Φ2.6×10m (直段部分) 钢仓。

2) 改性磷石膏浆体制备改性磷石膏浆的生产工艺流程, 如图2所示。

来自原料联合堆场的磷石膏, 用铲车装入料斗, 同时钢渣粉 (或普通硅酸盐水泥) 和矿渣粉经计量后经螺旋输送机, 再经皮带机送入Φ1.2×2.4m湿式球磨机, 加水一起粉磨。经湿磨粉磨后的物料进入陈化搅拌池搅拌, 经泥浆泵抽送入改性磷石膏浆计量仓。

3) 过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的搅拌来自原料联合堆场的砂子、石子经铲车分别送至带计量装置的砂子、石子料斗, 砂子、石子、外加剂、水分别计量后送入搅拌机中;来自矿渣粉钢仓和P.O 42.5普通硅酸盐水泥钢仓的物料经管式螺旋输送机送入搅拌机中;改性磷石膏浆体计量仓通过气动阀卸入搅拌机中。经搅拌机充分拌合后, 制成过硫磷石膏矿渣水泥混凝土, 工艺流程如图3所示。

4) 制品生产拌合好的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土经砖机自带的提升机送入砖机混凝土仓中;经计量后在专用模具中震动压制成所需要的制品;压制成型好的成品经过养护成为合格的产品, 工艺流程如图4所示。

2 生产工艺参数

*上述实物质量中考虑磷石膏含15%的自由水分。

1) 磷石膏的预处理及制浆磷石膏的预处理通过加入碱性材料, 以中和磷石膏中少量的残留可溶性酸, 减少磷石膏中有害杂质对水泥凝结时间和早期强度的影响。碱性材料可以是石灰、电石渣、钢渣泥等含CaO或者Ca (OH) 2的材料。生产上为了简化原材料, 可采用普通硅酸盐水泥。磷石膏、普通硅酸盐水泥、矿粉, 按表1所示的配比配料预拌。预拌好的磷石膏放置时间不宜超过7d, 以免预拌的磷石膏板结成大块, 造成喂料和粉磨困难。

2) 改性磷石膏浆的陈化和浓度调节粉磨后的改性磷石膏浆进入储浆池后需要陈化8h以上, 使磷石膏中的有害杂质能够充分中和。磷石膏在储浆池中陈化时, 不能够停止搅拌机搅拌, 以免磷石膏浆沉积板结。

为了保证磷石膏浆足够的流动度和配置混凝土的计量, 磷石膏浆在储浆池中需要加适当水调整至60%的含固量浓度。调整方法为:用事先标定好的浓度壶装满料浆后称重, 并按照表2对照后调整。

如果出现改性磷石膏浆含固量过低的情况, 可以停搅拌机, 待磷石膏略沉降之后, 将表层的水抽出部分再进行调整。

3) C30高流动性混凝土配合比 C30高流动性混凝土, 主要用于生产强度要求较高、需要通过浇筑振动成型的混凝土制品, 如路沿石、高强度盖板等, 其混凝土的设计配合比如表3所示。

由于改性磷石膏浆含磷石膏为60%, 含水40%, 并考虑现场砂石的含水率 (假设现场砂的含水率为3%, 碎石含水率为1%) , 混凝土中现场配合比如表4所示。

/ (kg·m-3)

实际拌合时, 砂石中的水是变化的, 因此需要根据混凝土拌合物的流动度调整外加水的用量, 当流动度符合要求时, 不需要再添加外加水。减水剂采用固含量为40%的聚羧酸减水剂, 掺量是按照干基过硫磷石膏矿渣水泥的0.3%掺入, 实际生产时可以根据混凝土工作性情况调整。

4) 制备建筑标砖的C30干硬性混凝土配合比

C30干硬性混凝土主要用于生产需要通过机械压制振动成型的水泥制品, 如植草砖、步道砖等, 其混凝土设计配合比如表5所示。

由于改性磷石膏浆中含磷石膏60%, 含水为40%, 考虑实际生产时砂石的含水率 (假设现场砂的含水率为3%, 碎石含水率为1%) , 每方混凝土中所需要的混凝土的现场配合比, 如表6所示。

/ (kg·m-3)

实际拌合时, 砂石中的水是变化的, 因此需要根据混凝土拌合物的工作性能调整外加水的用量, 当工作性能满足压制要求时, 不需要再添加外加水。

3 产品的经济效益分析

以制备C30混凝土制品为例, 按照湖北省大悟县原材料价格进行原料成本核算, 常规的普通硅酸盐水泥制备C30混凝土的原材料成本, 如表7所示, 过硫磷石膏矿渣水泥制备C30混凝土的原料价格, 如表8所示。

*外加剂为20%固含量。

**改性磷石膏浆中水分含量为40%。*外加剂为40%固含量, 配比为外掺。

由表7和表8的原料成本对比可以看出, 过硫磷石膏矿渣水泥制备的混凝土, 每1m3原料成本相比普通硅酸盐水泥混凝土降低了56.02元。

4 结论

a.设计并建成了包括磷石膏预处理系统、混凝土配料和搅拌系统、制品成型和养护系统的年产10万t过硫磷石膏矿渣混凝土生产线。

b.通过试生产, 掌握了生产线的主要工艺控制参数, 在生产线上成功生产出路沿石、植草砖、步道砖等建筑制品。

c.经济效益分析表明, 与普通硅酸盐水泥生产的制品比较, 过硫磷石膏矿渣水泥生产的C30制品每方混凝土的原料成本降低50元以上, 具有很强的市场竞争能力。

摘要：在过硫磷石膏矿渣水泥和混凝土开发和研究的基础上, 设计了年产10万吨过硫磷石膏水泥混凝土生产示范线, 通过生产线的建设和试生产, 掌握了生产线主要的工艺控制参数, 成功生产出C30等级的路缘石、植草砖、步道砖等多种过硫磷石膏矿渣水泥混凝土制品。示范线的运行结果表明, 该生产线设备简单可靠, 可大量利用磷石膏, 产品具有较强的市场竞争力。

关键词：磷石膏,过硫磷石膏矿渣水泥,混凝土制品

参考文献

[1]舒艺周.我国磷石膏现有资源化利用方式[M].云南:磷肥与复肥, 2013.

[2]林胜楠, 梅毅, 戴元华.磷石膏中硫资源利用的研究与应用现状[J].无机盐工业, 2011, 43 (2) :10-13..

[3]黄赟.磷石膏水泥的开发研究[D].武汉:武汉理工大学, 2010.

[4]殷小川.提高磷石膏基水泥早期性能的研究[D].武汉:武汉理工大学, 2010.

[5]陈飞翔, 丁沙.过硫磷石膏矿渣水泥混凝土配合比设计[J].武汉理工大学, 2013, 35 (11) :8-13.