CN104129939B - 一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥制备技术领域，尤其是一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70‑80份、石灰石粉10‑18份、改性磷石膏10‑20份；通过原料制备和水泥制备等步骤采用工业固体废弃物—磷石膏，并对磷石膏进行改性处理后，再用其取代天然石膏生产硫铝酸盐水泥，既提高了磷石膏的利用率，减少了天然石膏的消耗量，降低了水泥生产成本，减少了环境污染，同时，保持了传统硫铝酸盐水泥的优异性能，其质量稳定；其具有显著的环保价值和经济效益。

Description

一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥制备技术领域，尤其是一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中，磷矿石经硫酸分解、过滤制取磷酸所产生的固体废弃物，呈粉末状，其主要物相组成为二水石膏，含有少量的五氧化二磷(P₂O₅)。我国是世界上第一大磷肥生产国，同时也是副产磷石膏量最大的国家。国内每年磷石膏排放量接近5000万吨，与天然石膏年开采量相当。磷石膏的堆存不仅占用大量土地，而且容易对地表(下)水体、土壤、植被、大气环境造成污染，巨额的磷石膏堆场的投资和运行费用，与日俱增的环保压力，严重制约原本利润就很薄的磷复肥生产企业的生存和发展。

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。

硫铝酸盐水泥主要是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，与组成材料(石膏和石灰石等)共同粉磨所制成。

如专利号为CN201210008894.X的《硫铝酸盐海工水泥及其制备方法》采用水泥熟料、硬石膏、石灰石、矿渣、减水剂、引气剂、缓凝剂、硅粉等为原料进行硫铝酸盐产品的制备。

又如专利号为CN201310266350.8的《一种生产硫铝酸盐水泥的方法》采用的是石灰石、磷石膏、低品位矾土、以及焦炭在1250-1300℃的温度下煅烧处理30min，最后制得成品水泥的。

再如专利号为CN03143253.0的《改性快硬硫铝酸盐水泥》采用硫铝酸盐水泥混熟料、硅酸盐水泥熟料、石膏、混合材按照一定配比制备而成的。

由此可见，在现有技术中，硫铝酸盐水泥生产中，尤其是配置水泥时，主要使用的是天然石膏，而天然石膏属于不可再生资源。为此，对于硫铝酸盐水泥产品的生产原料，急需要提供一种新思路，降低生产成本，节约天然石膏的用量，减少磷石膏的堆存量，缓解磷石膏堆放对环境造成的污染。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥及其制备方法，利用磷石膏替代天然石膏，以提高磷石膏利用率，实现磷石膏的资源化利用，降低水泥生产成本，减少环境污染和资源消耗等特征。

并且，在磷石膏中含有微量的五氧化二磷，在混凝土中和氧化钙反应会产生偏磷酸盐，导致混凝土缓凝；在混凝土中二水石膏与硫铝酸钙水化反应过快，导致混凝土起灰；同时，由于混凝土中硫铝酸钙水化反应速度过快，与硅酸二钙水化反应速度不协调而导致混凝土后期强度倒缩，故硫铝酸盐水泥配制采用二水石膏，尤其是二水磷石膏是较为不理想的，因此，要使用磷石膏作为硫铝酸盐水泥的组成材料，必须进行改性处理。

为此，本发明具体通过以下技术方案来得以实现：

一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70-80份、石灰石粉10-18份、改性磷石膏10-20份。

所述的硫铝酸盐水泥熟料是无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。

所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1-1.5倍的改性剂调整后，所获得的。

所述的改性剂为生石灰。

本发明还提供一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：将硫铝酸盐水泥熟料于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；将石灰石于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500-600℃的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1-1.5倍的改性剂，再将其置于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；

(2)水泥制备：按照上述原料成份比例将步骤1)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。

所述的原料制备中，各原料在φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至80um。

经过大量试验并根据GB/T17671-2009《水泥胶砂强度检验方法》所配水泥进行测试进行证明，配置硫铝酸盐水泥时，采用改性磷石膏替代天然硬石膏生产硫铝酸盐水泥是切实可行的。而且掺加改性剂后煅烧处理的磷石膏配置的硫铝酸盐水泥，其后期抗折强度有较大改进。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

通过采用工业固体废弃物—磷石膏，并对磷石膏进行改性处理后，再用其取代天然石膏生产硫铝酸盐水泥，既提高了磷石膏的利用率，减少了天然石膏的消耗量，降低了水泥生产成本，减少了环境污染，同时，保持了传统硫铝酸盐水泥的优异性能，其质量稳定；可见其具有显著的环保价值和经济效益。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为75％、石灰石粉15％、改性磷石膏10％。

所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。

所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.0倍的改性剂调整后，所获得的。

所述的改性剂为生石灰。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：将硫铝酸盐水泥熟料于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75um，筛余在2％，比表面积350m²/kg，待用；将石灰石于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75um，筛余在2％，比表面积350m²/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500℃的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1倍的改性剂，再将其置于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75um，筛余在2％，比表面积350m²/kg，待用；

(2)水泥制备：按照上述原料成份比例将步骤1)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。

实施例2

一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为70％、石灰石粉18％、改性磷石膏12％。

所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。

所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.15倍的改性剂调整后，所获得的。

所述的改性剂为生石灰。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：将硫铝酸盐水泥熟料于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至85um，筛余在1％，比表面积400m²/kg，待用；将石灰石于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至85um，筛余在1％，比表面积400m²/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过600℃的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1.5倍的改性剂，再将其置于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至85um，筛余在1％，比表面积400m²/kg，待用；

(2)水泥制备：按照上述原料成份比例将步骤1)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。

实施例3

一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其原料成份(以重量百分比计)为硫铝酸盐水泥熟料为75％、石灰石粉10％、改性磷石膏15％。

所述的硫铝酸盐水泥熟料的主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。

所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1.5倍的改性剂调整后，所获得的。

所述的改性剂为生石灰。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：将硫铝酸盐水泥熟料于×500mm试验小磨中粉磨至80um，筛余在1.5％，比表面积380m²/kg，待用；将石灰石于×500mm试验小磨中粉磨至80um，筛余在1.5％，比表面积380m²/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过550℃的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1.15倍的改性剂，再将其置于×500mm试验小磨中粉磨至80um，筛余在1.5％，比表面积380m²/kg，待用；

(2)水泥制备：按照上述原料成份比例将步骤1)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥。

试验例：

本试验例采用硫酸铝盐水泥熟料、石灰石、改性磷石膏制备硫酸铝盐水泥产品，其制备方法同本发明的实施例1和实施例3，并按照GB/T17671-2009《水泥胶砂强度检验方法》测试硫铝酸盐水泥的抗折、抗压强度。

同时，使用天然石膏和二水磷石膏替代改性磷石膏，参照实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，测定其抗折、抗压强度。其目的是对比改性磷石膏与天然石膏、二水磷石膏对制备硫铝酸盐水泥性能的影响，以突出磷石膏改性的必要性。

具体的实验：

试验件的制备：分别采用硫酸铝盐水泥熟料、石灰石、改性磷石膏，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫酸铝盐水泥的制备作为A、B两组实验组。

将实验组中的改性磷石膏采用二水磷石膏代替后，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，作为A’、B’两组对照组。

将实验组中的改性磷石膏采用天然硬石膏代替后，按照本发明的实施例1、实施例3的制备方法进行硫铝酸盐水泥的制备，作为A”、B”两组对照组。

其中A、A’、A”、B、B’、B”各组的代号分别为1、2、3、4、5、6。各组中的原料配方设计为如表1所示：

表1：

根据上表的配比，进行硫铝酸盐水泥的制备，并按照GB/T17671-2009《水泥胶砂强度检验方法》测试硫铝酸盐水泥强度，其结果如表2所示：

表2：

由表2可以看出，与二水磷石膏和天然硬石膏配置的硫铝酸盐水泥相比，经过改性处理后的磷石膏配置的硫铝酸盐水泥的力学性能明显提高，可有效解决硫铝酸盐水泥后期抗折强度增长过慢，甚至倒缩的情况，其性能完全符合GB20472-2006《硫铝酸盐水泥》的要求。

在此有必要指出的是，以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案所能达到的技术效果做进一步的说明和理解，不能理解为对本发明的技术方案的进一步限定，本领域技术人员在此基础上做出的非突出的实质性改进和非显著进步的创造，均属于本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.一种改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，其原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为70-80份、石灰石粉10-18份、改性磷石膏10-20份；

其制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：将硫铝酸盐水泥熟料于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；将石灰石于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；将磷石膏置于马沸炉中，经过500-600℃的高温煅烧处理至无水磷石膏后，并取样分析其中的五氧化二磷的含量，并根据五氧化二磷的含量加入1-1.5倍的改性剂，再将其置于φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至75-85um，筛余在≤2％，比表面积350～400m²/kg，待用；

(2)水泥制备：按照上述原料成份比例将步骤1)制备好的原料进行混合，并按照传统工艺制备即可获得改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥；

所述的改性磷石膏是加入五氧化二磷含量的1-1.5倍的改性剂调整后，所获得的；

所述的改性剂为生石灰。

2.如权利要求1所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的原料成份为硫铝酸盐水泥熟料为75份、石灰石粉为15份、改性磷石膏为15份。

3.如权利要求1或2所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥熟料主要成分为无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。

4.如权利要求1所述的改性磷石膏配制的硫铝酸盐水泥，其特征在于：所述的原料制备中，各原料在φ500mm×500mm试验小磨中粉磨至80um。