CN103626411A - 干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法 - Google Patents

干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法，由干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰构成的复合胶凝材料及促凝剂按比例混合、经粉磨而得到的混合物；促凝剂为高铝水泥或偏铝酸钠，所述干基磷石膏经低温干燥制得，且干燥过程中磷石膏物料温度不高于80℃。胶凝材料达到42.5通用硅酸盐水泥的指标要求，可在更广泛领域替代水泥使用，可以大量消耗磷石膏，有利于减轻磷肥企业的磷石膏堆放压力。

Description

干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磷石膏基胶凝材料，具体地说是一种干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中副产排放的固体物料，其主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），磷石膏的处理利用是世界性的难题。目前磷石膏的主要应用领域为水泥缓凝剂、建筑石膏粉并进一步用于纸面石膏板等石膏制品，磷石膏在这些领域的应用远满足不了对磷石膏处理利用的需要，目前我国磷石膏综合利用率不到30%，急需开拓磷石膏新的应用领域。
而水泥作为最常用的胶凝材料，使用范围广，用量大，以磷石膏基胶凝材料替代水泥必然可以大量消耗磷石膏。为了获得理想的磷石膏基胶凝材料，本申请人曾在申请号为201110419057.1的发明申请中公开了一种磷石膏基复合胶凝材料，由干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰构成的复合胶凝材料及促凝剂按比例混合、经粉磨而得到的混合物；复合胶凝材料中，干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰的重量比为34～48：35～42:4～10:6～16:2～6；促凝剂为高铝水泥或偏铝酸钠，高铝水泥或偏铝酸钠的加入量为上述复合胶凝材料重量的1%～4%或0.5%～4%。抗折强度、抗压强度等性能指标能达到通用硅酸盐水泥标准（GB175-2007）中32.5矿渣硅酸盐水泥的指标要求，能够进行现场施工，可取代水泥作为井下充填、抹面砂浆、路牙砌块等应用领域使用。缺点是强度不够高，使得使用范围受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法，能够提高磷石膏基胶凝材料的理化性能，可以扩大使用范围，提高磷石膏的转化利用率。
本发明是对申请号为201110419057.1的发明的改进。
本发明是这样实现的：磷石膏基胶凝材料由干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰构成的复合胶凝材料及促凝剂按比例混合、经粉磨而得到的混合物；复合胶凝材料中，干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰的重量比为34～48：35～42:4～10:6～16:2～6；促凝剂为高铝水泥或偏铝酸钠，高铝水泥或偏铝酸钠的加入量为上述复合胶凝材料重量的1%～4%或0.5%～4%；所述干基磷石膏经低温干燥制得，且干燥过程中磷石膏物料温度不高于80℃。
研究表明：在二水石膏一矿渣体系中，通过激发剂使之形成钙钒石和C-S-H凝胶，并覆盖在二水石膏晶体表面和二水石膏的空隙，从而提高石膏复合胶凝材料的强度和耐水性能。因体系中含有大量磷石膏，矿渣始终在饱和的硫酸根溶液中水化，在碱性条件下，矿渣颗粒内的Al2O3、CaO等不断溶解到液相中，生成三硫型水化硫铝酸钙Aft，随着水化的进行，矿渣水化生成的凝胶填充在针状钙矾石交织的孔隙，使浆体不断密实，剩余的磷石膏最终被水化产物包裹，起微集料填充的作用。主要反应:
C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O→C3A·3CaSO4·32H2O（钙矾石）
C3A-3CaO·Al2O3由含活性Al2O3、CaO的物质组成。
钙矾石--类似于水泥性能的物质，可以替代水泥。
本发明进一步研究表明，在上述材料体系中，半水石膏（CaSO4·1/2H2O）存在将会增加材料的水灰比，使得材料强度等性能降低。因此，在磷石膏干燥过程中，控制半水石膏（CaSO4·1/2H2O）生成，是提高胶凝材料性能的关键。
而采用常规干燥方法如干燥窑干燥方法，干基磷石膏中半水石膏（CaSO4·1/2H2O）通常大于2%，导致胶凝材料的水灰比加大，使得材料强度等主要性能下降。而通过低温干燥，可以有效抑制半水石膏（CaSO4·1/2H2O）生成，当物料最高温度不得高于80℃时，干基磷石膏中的半水石膏重量百分比含量不超过2%，可明显提高材料的强度指标。
干燥温度越低，干基磷石膏中半水石膏含量越低。当干燥温度在60℃以下时，干基磷石膏中半水石膏含量几乎为零。考虑到干燥效率，本发明优选方案是：磷石膏干燥是物料温度控制在40℃～60℃范围。
本发明干粉状磷石膏基胶凝材料28天的抗折强度达到7.1MPa以上，抗压强度达到42.7MPa以上，强度性能有明显提高，达到通用硅酸盐水泥标准（GB175-2007）中42.5矿渣硅酸盐水泥的指标要求，并且初凝时间为68min～407min，终凝时间为235min～582min，初、终凝时间能够满足通用硅酸盐水泥标准（GB175-2007）中42.5矿渣硅酸盐水泥的指标要求；可在更广泛领域替代水泥使用，可以大量消耗磷石膏，有利于减轻磷肥企业的磷石膏堆放压力。
具体实施方式
以下所用百分比均为重量百分比。
本发明所用磷石膏为安徽六国化工股份有限公司利用低品位宜昌磷矿生产磷酸二铵所排放的磷石膏，具体成份如下：
CaO:29.22%,SO3:44.10%,P2O5:1.02%,F:1.28%,SiO2:2.51%,Al2O3:0.81%,Fe2O3:1.05%,MgO:1.37%,Na2O:0.36%
本发明的各实施例均按下述工艺流程进行：湿状磷石膏经初破后，中和，成化，在低温下（40℃～80℃）通过干燥窑中脱去游离水，控制游离水的含量不大于1%。下表1为干基磷石膏制备实施例。
表1 在不同温度下干燥制得干基磷石膏中半水石膏含量
实施例号 1 2 3 4 5 6 7 8
干燥温度℃ 40 50 60 65 70 75 80 100
半水石膏含量% 0 0 0 1.5 1.8 1.9 2.0 3.0
取上述烘干后的干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉、生石灰、高铝水泥或偏铝酸钠，经充分混合、磨细至比表面积在200目，得到胶凝材料。按标准GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(150法)》进行石膏基复合胶凝材料的强度测定，按GB/T1346-2001测定其初终凝时间，各实施例抗折、抗压强度及初、终凝时间见下表2。
表2 不同组分配比的胶凝材料抗折、抗压强度及初、终凝时间
上述表2中各实施例干基磷石膏含量后面括号中的数字表示干基磷石膏来源的实施例号。如实施例9中的干基磷石膏量“45(3)”表示取自实施例3的干基磷石膏量45%。
表2数据表明：实施例9～20的干粉状磷石膏基胶凝材料，其初凝时间为68min～407min，终凝时间为235min～582min；28天的抗折强度达到7.1～9.5MPa，抗压强度达到42.7～52.8MPa，上述性能指标均达到通用硅酸盐水泥标准（GB175-2007）中42.5矿渣硅酸盐水泥的指标要求，可在更广泛领域替代水泥使用。

Claims (2)

1.干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法，所述磷石膏基胶凝材料由干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰构成的复合胶凝材料及促凝剂按比例混合、经粉磨而得到的混合物；复合胶凝材料中，干基磷石膏、高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、石灰石粉和生石灰的重量比为34～48：35～42:4～10:6～16:2～6；促凝剂为高铝水泥或偏铝酸钠，高铝水泥或偏铝酸钠的加入量为上述复合胶凝材料重量的1%～4%或0.5%～4%；其特征是：所述干基磷石膏经低温干燥制得，且干燥过程中磷石膏物料温度不高于80℃。
2.根据权利要求1所述的干粉状磷石膏基胶凝材料的制备方法，其特征是：干燥过程中磷石膏物料温度控制在40℃～60℃范围。
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