CN104176959B

CN104176959B - 一种铁系磷酸盐水泥

Info

Publication number: CN104176959B
Application number: CN201410399545.4A
Authority: CN
Inventors: 周新涛; 罗中秋; 刘守庆; 郝旭涛
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104176959A

Abstract

本发明公开了一种铁系磷酸盐水泥，属于建筑材料技术领域；该胶凝材料由粒度均为1～100μm的下述重量份的原料混合均匀后制成：酸式磷酸盐100份，富含铁氧化物废渣400‑800份，调凝材料3‑6份，其它工业废渣10‑30份，水15‑200份，以重量份计；本发明具有凝结时间从几分钟到几小时之间任意可调，快硬、高强、粘结性强、后期强度不倒缩、常温快速硬化等优点；本发明发制备工艺简单、可施工性强，适合于道路、机场跑道、桥梁、隧道、炉灶、坝渠等工程结构缺陷的快速抢修，并在富含放射性元素、重金属元素及砷等高危废渣固化方面具有广泛的应用前景。

Description

一种铁系磷酸盐水泥

技术领域

本发明涉及一种铁系磷酸盐水泥，属于建筑材料技术领域。

背景技术

磷酸盐水泥，是利用碱土金属氧化物与磷酸或酸式磷酸盐发生化学反应而获得的一种具有胶凝性的材料体系，研究较为成熟的是磷酸镁水泥，又称为化学结合磷酸镁陶瓷，通常由磷酸二氢铵、磷酸二氢钾等酸式磷酸盐、氧化镁粉、缓凝剂及掺合料等制备而成，在水相介质下可以快速发生反应形成具有类似陶瓷体结构；具有高强、快凝、抗盐抗冻性、耐磨性及而酸腐蚀性等优良性能，适合于道路、机场、高温炉等快速修补。

对于磷酸镁水泥的制备其主要原料为氧化镁，成本较高，另外为了控制氧化镁的反应活性以减慢其凝固速度，通常必须使用经过1200℃高温煅烧的重烧氧化镁，能耗非常高，即使如此，其凝固时间仍难以有效控制，施工性能差，材料放热量高，不利于高温及大面积施工，因此为了达到合适的凝固速度，还需要添加一定量的硼酸盐类缓凝剂，导致整个制备过程成本过高，严重制约了此类胶凝材料的推广应用。如果能够找到一种价格低廉的富含碱土金属氧化物的原料替代氧化镁，既可以降低此类材料的制备成本，又可以实现固体废弃物资源化，具有一定的环境效益和社会效益，此类技术的开发，将很大程度地拓宽磷酸盐体系胶凝材料的市场及应用前景。

发明内容

本发明的目的是利用富含铁氧化物废渣、其它工业废渣为原料，与酸式磷酸盐反应制备凝固速度适中、高强、后期强度稳定的铁系磷酸盐水泥，该铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣400-800重量份，调凝材料3-6重量份，其它工业废渣10-30重量份，水15-200重量份。

本发明所述的酸式磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠中的一种或两种以上的混合物。

本发明所述调凝材料为硼酸、硼砂中的一种或两种的混合物。

本发明所述其它工业废渣所述其它工业废渣为铝氧化物或者钙氧化物不低于20%的富铝工业废渣或者富钙工业废渣，如粉煤灰、矿渣等富铝、钙质工业废渣，添加到体系中可改善浇注过程中材料的塑性，也可起到部分缓凝作用。

本发明所述富含铁氧化物废渣为含铁氧化物不低于30%的废渣，如铜渣、赤泥等。

本发明所述铁系磷酸盐水泥按常规方法制备得到：先将富含铁氧化物废渣及其它工业废渣烘干、破碎、粉磨至180目，然后称取酸式磷酸盐和调凝材料，将几种固相物料混合均匀后，添加水后放于胶砂搅拌机中搅拌均匀，就可以用于浇注成型，完全凝固后脱模，养护至一定龄期即可使用。

可以在30min～4h灵活调节其凝固时间，改善铁系磷酸盐胶凝材料的微观结构特性，大幅提高其后期强度的稳定性。

富含铁氧化物废渣主要指铜渣、赤泥等；此类废渣需经干燥、破碎、粉磨、活化及热处理等预处理工序；所述的铜渣是炼铜过程中排放的一种有色金属废渣，含30-60%的FeO，其主要矿物相为铁橄榄石；赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，含Fe₂O₃量30-60%。

本发明所述成型方式可以为浇注成型，也可以为压制成型，本发明所述铁系磷酸盐水泥可用于机场、道路、锅炉等的快速修补，还可适用于重金属元素的高效固化/稳定化处理，同时与纤维、粗骨料等增强材料混合可制备高强、快凝结构材料。

本发明的有益效果为：

（1）本发明所述铁系磷酸盐水泥，相比于镁系磷酸盐水泥，材料的制备反应过程更为温和，其可施工性更强、后期强度稳定性更好；

（2）由于本发明采用的主要原料为铜渣、赤泥等工业废渣，因此不但大大降低了生产成本，同时实现的固体废渣的综合利用；

（3）本发明在铁系磷酸盐水泥中含有粉煤灰、矿渣等富铝、钙质工业废渣，不仅可以起到调节胶凝材料体系的塑性的作用，同时也具有一定的缓凝作用；

（4）对于铜渣等有色冶炼废渣中含有一定量的Pb、Cr、Cd等重金属离子，在自然堆放过程中，雨淋、水浸都会对水体造成重金属污染，而目前对此类重金属离子的固化/稳定化处理技术，效果较好的是磷酸盐材料固化处理技术，故利用铜渣等工业废渣制备磷酸盐水泥，既可以实现固体废渣的综合利用，也可以实现以废治污。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是实施例3铁系磷酸盐水泥XRD图；

图3是实施例3铁系磷酸盐水泥SEM图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例所述铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料混合均匀后制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣400重量份，调凝材料3重量份，其它工业废渣30重量份，水15重量份。

本实施例所述酸式磷酸盐为磷酸氢二钠，调凝材料为硼砂，其它工业废渣为粉煤灰（主要成分的含量为SiO₂48.96%， Al₂O₃30.13%， CaO4.81%），富含铁氧化物的废渣铜渣（主要成分的含量为SiO₂32.36%，Al₂O₃3.13%，FeO35.68%，CaO6.8%）。

本实施例所述铁系磷酸盐水泥的制备过程：将废铜渣粉磨至180目筛余不超过10%，称取磷酸氢二钠与废铜渣、粉煤灰、硼砂，先把铜渣与粉煤灰混合均匀，把酸式磷酸盐和硼酸钠溶解于水中，待溶解完毕后，与铜渣与粉煤灰混合的混合物一起搅拌，制得铁系磷酸盐水泥。

本实施例得到的铁系磷酸盐水泥在常温下干燥环境中养护，测试其力学性能为：当凝固时间为2h，1d、3d、7d、28d抗压强度分别为26.1Mpa、42.3Mpa、56.3Mpa、72.4Mpa。

实施例2

本实施例所述铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料混合均匀后制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣500重量份，调凝材料4重量份，其它工业废渣20重量份，水40重量份。

本实施例所述酸式磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾按1:1:1的比例混合后的混合物，调凝材料为硼砂，其它工业废渣为磷渣（主要成分的含量为SiO₂41.08%， CaO47.60%，Al₂O₃4.13%），富含铁氧化物的废渣铜渣（主要成分的含量为SiO₂32.36%，Al₂O₃3.13%，FeO35.68%，CaO6.8%）。

本实施例所述铁系磷酸盐水泥的制备过程：将废铜渣粉磨至180目筛余不超过10%，称取磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾与废铜渣、磷渣、硼砂，先把铜渣与磷渣混合均匀，把酸式磷酸盐和硼酸钠溶解于水中，待溶解完毕后，与铜渣与磷渣混合的混合物一起搅拌，制得铁系磷酸盐水泥。

本实施例得到的铁系磷酸盐水泥在常温下干燥环境中养护，测试其力学性能：当凝固时间为1h，1d、3d、7d、28d抗压强度分别为35.4Mpa、48.2Mpa、60.3Mpa、79.4Mpa。

实施例3

本实施例所述铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料混合均匀后制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣600重量份，调凝材料4.5重量份，其它工业废渣20重量份，水60重量份。

本实施例所述酸式磷酸盐为磷酸二氢钾；调凝材料为硼酸；其它工业废渣为钢渣（主要成分的含量为SiO₂15.34%，Al₂O₃5.16%，CaO43.22%）；富含铁氧化物的废渣铜渣（主要成分的含量为SiO₂32.36%，Al₂O₃3.13%，FeO35.68%， CaO6.8%）。

本实施例所述铁系磷酸盐水泥的制备过程：将废铜渣粉磨至180目筛余不超过10%，称取磷酸二氢钾与废铜渣、钢渣、硼酸，先把铜渣与钢渣混合均匀，把酸式磷酸盐和硼酸溶解于水中，待溶解完毕后，与铜渣与钢渣混合的混合物一起搅拌，制得铁系磷酸盐水泥。

本实施例得到的铁系磷酸盐水泥在常温下干燥环境中养护，测试其力学性能：当凝固时间为45min，1d、3d、7d、28d抗压强度分别为42.5Mpa、56.2Mpa、68.9Mpa、82.1Mpa。

本实施例制备得到的铁系磷酸盐水泥的XRD图如图2所示，由图可以看出铁系磷酸盐水泥产物相主要为无定形相磷酸亚铁盐，本实施例制备得到的铁系磷酸盐水泥的SEM图，由图可以看出胶凝相为球形颗粒。

实施例4

本实施例所述铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料混合均匀后制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣800重量份，调凝材料6重量份，其它工业废渣10重量份，水100重量份。

本实施例所述酸式磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠按1:1:2:3的比例混合后得到的混合物；调凝材料为硼酸与硼砂的混合物；其它工业废渣为粉煤灰（主要成分的含量为SiO₂48.96%，Al₂O₃30.13%，CaO4.81%）；富含铁氧化物的废渣铜渣（主要成分的含量为SiO₂32.36%，Al₂O₃3.13%，FeO35.68%，CaO6.8%）。

本实施例所述铁系磷酸盐水泥的制备过程：将废铜渣粉磨至180目筛余不超过10%，称取磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠按与废铜渣、粉煤灰、硼酸与硼砂，先把铜渣与粉煤灰混合均匀，把酸式磷酸盐、硼酸和硼砂溶解于水中，待溶解完毕后，与铜渣与粉煤灰混合的混合物一起搅拌，制得铁系磷酸盐水泥。

本实施例得到的铁系磷酸盐水泥在常温下干燥环境中养护，测试其力学性能：当凝固时间1.5h，1d、3d、7d、28d抗压强度分别为33.5Mpa、43.2Mpa、56.8Mpa、61.2Mpa。

实施例5

本实施例所述铁系磷酸盐水泥由粒度为1～100μm的以下原料混合均匀后制成，各原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣520重量份，调凝材料3.6重量份，其它工业废渣20重量份，水80重量份。

本实施例所述酸式磷酸盐为磷酸二氢氨；调凝材料为硼酸；其它工业废渣为矿渣（主要成分的含量为SiO₂42.46%，Al₂O₃4.23%，CaO35.41%）；富含铁氧化物的赤泥（主要成分的含量为SiO₂28.46%，Al₂O₃9.25%，FeO40.12%，CaO2.8%）。

本实施例所述铁系磷酸盐水泥的制备过程：将赤泥干燥并粉磨至180目筛余不超过10%，称取磷酸二氢氨与赤泥、矿渣、硼酸，先把赤泥与矿渣混合均匀，把酸式磷酸盐和硼酸溶解于水中，待溶解完毕后，与赤泥与矿渣混合的混合物一起搅拌，制得铁系磷酸盐水泥。

本实施例得到的铁系磷酸盐水泥在常温下干燥环境中养护，测试其力学性能：当凝固时间3.0h，1d、3d、7d、28d抗压强度分别为27.8Mpa、39.2Mpa、53.8Mpa、60.8Mpa。

Claims

1.一种铁系磷酸盐水泥，其特征在于：该铁系磷酸盐水泥的原料及其含量为：酸式磷酸盐100重量份，富含铁氧化物废渣400-800重量份，调凝材料3-6重量份，其它工业废渣10-30重量份，水15-200重量份；

所述其它工业废渣为铝氧化物或者钙氧化物不低于20%的富铝工业废渣或者富钙工业废渣；

所述富含铁氧化物废渣为铜渣。

2.根据权利要求1所述铁系磷酸盐水泥，其特征在于：所述原料的粒度为1～100μm。

3.根据权利要求1所述铁系磷酸盐水泥，其特征在于：所述的酸式磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠中的一种或两种以上原料按任意比例混合后的混合物。

4.根据权利要求1所述铁系磷酸盐水泥，其特征在于：所述调凝材料为硼酸、硼砂中的一种或两种原料按任意比例混合后的混合物。

5.根据权利要求1所述铁系磷酸盐水泥，其特征在于：所述铜渣中的含铁氧化物不低于30%。