CN105060834A - 一种氟石膏活性胶结材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟石膏活性胶结材料，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂10-15份、煤灰粉料6-10份、脱硫石膏3-6份、磷石膏3-6份、硅铝酸盐2-5份、轻质材料3-5份、激发剂2-4份、甲基纤维素1-3份、活性剂0.2-0.5份、草酸钠0.2-1.2份、发泡调节剂1-2份；制备所述改性酚醛树脂包括将苯酚、木质素和对甲基苯磺酸混合后反应，加入甲醛、氢氧化钾反应得到粘稠物，洗涤，干燥，粉碎后加入粉末丁腈橡胶混合；制备所述煤灰粉料包括粉煤灰加入混合酸溶液中，升温搅拌，冷却，静置，过滤、干燥，粉碎，与海泡石粉、羟甲基纤维素混匀。本发明所述氟石膏活性胶结材料水化凝结时间短，力学强度优异，且可作为建筑抹面材料使用，使废弃氟石膏变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及氟石膏技术领域，尤其涉及一种氟石膏活性胶结材料。
背景技术
氟石膏是氢氟酸(HF)制备过程中的副产品,全国无水HF的产量每年约为6.5万t，而制造每吨HF产生氟石膏约3.5t，总计氟石膏产生量约23万t/年。氟石膏主要成分是无水硫酸钙(CaSO4)，因其难溶于水、水化缓慢、凝结能力差，且不具有早期强度一般无法被有效利用。目前，部分氟石膏用作水泥的外加剂，而大部分氟石膏在稍加中和处理后就作为一种固体废弃物堆存，直接堆存不仅占有土地，还污染土壤和地下水环境。
但氟石膏也有其自身的优势：产生氟石膏的原料酸和萤石纯度很高，并且反应处于无水状态，所产氟石膏为无水石膏，CaSO4含量高达95％以上，在石膏资源中是一种难得的品级资源。从氟化氢反应炉中排出的未经长期堆放，未加水处理的新鲜氟石膏用于生产建筑石膏又有以下优势：纯度高、杂质少、无须煅烧处理、无须破碎,粉磨工作量少。胶结材料作为一种新型建筑抹灰材料，是指一类用水拌合使用的材料，这种材料能在一定的时间内，使糊状凝结成一定形状，并且能够作为饰面材料黏结的媒体，它的可塑性比较好，且能够承受大自然的侵蚀。氟石膏作为一种工业废渣，由于凝结缓慢、强度低、膨胀严重，不能直接作为胶结材料使用。如果能对氟石膏废渣进行改性处理，将其转变为胶结材料再以建筑抹面材料的形式加以利用，化害为利、变废为宝，势必对我国的建材业发展起到积极的推动作用。
发明内容
本发明提出了一种氟石膏活性胶结材料，所述氟石膏活性胶结材料水化凝结时间短，力学强度优异，且可作为建筑抹面材料使用，使废弃氟石膏变废为宝。
本发明提出了一种氟石膏活性胶结材料，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂10-15份、煤灰粉料6-10份、脱硫石膏3-6份、磷石膏3-6份、硅铝酸盐2-5份、轻质材料3-5份、激发剂2-4份、甲基纤维素1-3份、活性剂0.2-0.5份、草酸钠0.2-1.2份、发泡调节剂1-2份；
制备所述改性酚醛树脂包括将100份苯酚、10-20份木质素和1-5份对甲基苯磺酸混合后在100-150℃下反应2-8h，加入50-100份甲醛、2-20份氢氧化钾，在60-100℃下反应1-5h得到粘稠物，用60-70℃水将所述粘稠物洗涤2-5次后脱水干燥，粉碎至200-300目后加入2-10份粉末丁腈橡胶混合得到所述改性酚醛树脂；
制备所述煤灰粉料包括将100份粉煤灰加入200-240份3-5mol/L混合酸溶液中，升温至100-120℃后保温搅拌6-8h，冷却，静置8-10h后，过滤、干燥，粉碎，与16-20份海泡石粉、1-10份羟甲基纤维素混匀后得到所述煤灰粉料。
优选地，制备所述改性酚醛树脂过程中，所述木质素为造纸黑液浓缩液、高沸醇木质素、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、碱木质素中的一种。
优选地，制备所述煤灰粉料过程中，所述混合酸溶液是由摩尔配比1:3-5的HCl和H2SO4配制而成。
优选地，硅铝酸盐的化学通式为2.5-7.5Na2O·Al2O3·2.0-3.0SiO2·80-250H2O，其制备方法包括将Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液和NaOH溶液混合，在60-160℃下保温2-10h得到过饱和母液，过滤、洗涤、干燥制成。
优选地，所述轻质材料是由重量配比1:5-7:3-5的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯塑料颗粒组成。
优选地，所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂，优选地，所述盐类激发剂选自硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸铝中的一种或多种；所述碱类激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氟化钠中的一种或多种。
优选地，所述活性剂选自铝酸三钙、三乙醇胺、氯化钙、硫代硫酸钠、碳酸钙、氯化镁中的一种或多种。
优选地，所述发泡调节剂是由重量配比1:0.3-0.5:6-8的NaOH、骨胶和松香配制而成，优选地，制备所述发泡调节剂包括：将NaOH溶于水中配制成相对密度为1.1-1.2的溶液,煮沸后加入松香，搅拌至松香全部溶解，再加入骨胶,冷却至室温得到所述发泡剂调节剂。
所述的氟石膏活性胶结材料的制备方法包括，将氟石膏、脱硫石膏、磷石膏粉碎至粒径≤2mm，加入以氟石膏为基准的15-25wt％水后搅拌均匀，升温至30-40℃后加入硅铝酸盐搅拌1-2h，冷却静置15-20h，加入激发剂混匀，在80-180℃下焙烧1-3h，冷却至室温，加水调节湿度为5-10wt％，依次加入改性酚醛树脂、煤灰粉料、轻质材料、甲基纤维素、活性剂、草酸钠、发泡调节剂混匀，细磨至粒径≤0.147mm后得到所述氟石膏活性胶结材料。
本发明所述氟石膏活性胶结材料，通过以氟石膏作为基材，加入改性酚醛树脂，所述改性酚醛树脂通过木质素进行改性，不仅游离酚含量较低、热分解温度较高，而且韧性和强度较高，其均匀分散在氟石膏孔隙中，不仅改善了氟石膏的力学性能，而且韧性和耐热性都得到了大大提高；同时加入煤灰粉料，其通过对粉煤灰进行改性得到，可以在氟石膏内部生成硬性矿物，并填充于水合氟石膏晶体间隙中，使得水化产物的溶解度大幅度降低,提高了氟石膏的制品强度，且具有一定的耐水性；加入脱硫石膏、磷石膏并合理控制其配比，水化后可使氟石膏为脱硫石膏、磷石膏形成的浆体包裹，可形成致密均匀的硬化浆体；特定通式的硅铝酸盐，其作为粘结剂对于增强氟石膏的活化性能，提高了与其它原料结合强度具有重要的作用；加入的轻质材料对氟石膏材料可降低材料密度，减少其磨损量，并且在高温时有较好的补强作用，并可显著提高冲击强度，大大改善高温时的耐磨性能；一定量的盐类激发剂和碱类激发剂复合，则可显著改善并提高氟石膏的水化活性及凝结极慢的特性，随着甲基纤维素作为保水剂的加入，氟石膏的保水率、粘结强度、绝干强度均随时间而增大，发泡剂调节剂的加入则能有效减小氟石膏材料的表观容重和导热系数。
本发明所述氟石膏活性胶结材料，在适宜的外加改性剂作用下，可以改变氟石膏水化反应过程的化学反应动力学性质，提高其溶解速度和水化速度，促进氟石膏晶须各向均匀生长，形成各向晶须发达的网状结构，缩短凝结时间，提高晶体早期强度，同时通过细磨改性氟石膏粉至特定粒度，减小了原料的颗粒细度，增大了颗粒的表面积，从而提高了它们的活性，对氟石膏活性有很大的改善作用，最终作为活性胶结材料而用于建筑抹面材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明。
实施例1
本实施例所述氟石膏活性胶结材料，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂10份、煤灰粉料10份、脱硫石膏3份、磷石膏6份、硅铝酸盐2份、轻质材料5份、激发剂2份、甲基纤维素3份、铝酸三钙0.2份、草酸钠1.2份、发泡调节剂1份；
制备所述改性酚醛树脂包括将100份苯酚、20份造纸黑液浓缩液和1份对甲基苯磺酸混合后在150℃下反应2h，加入100份甲醛、2份氢氧化钾，在100℃下反应1h得到粘稠物，用70℃水将所述粘稠物洗涤2次后脱水干燥，粉碎至300目后加入2份粉末丁腈橡胶得到所述改性酚醛树脂；
制备所述煤灰粉料包括将100份粉煤灰加入240份3mol/L混合酸溶液中，升温至120℃后保温搅拌6h，冷却，静置10h后，过滤、干燥，粉碎，与16份海泡石粉、10份羟甲基纤维素混匀后得到所述煤灰粉料，所述混合酸溶液是由摩尔配比1:3的HCl和H2SO4配制而成；
硅铝酸盐的化学通式为2.5Na2O·Al2O3·3.0SiO2·80H2O；所述轻质材料是由重量配比1:7:3的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯塑料颗粒组成；所述激发剂包括硫酸钙和氢氧化钠；所述发泡调节剂是由重量配比1:0.3:8的NaOH、骨胶和松香配制而成。
实施例2
本实施例所述氟石膏活性胶结材料，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂15份、煤灰粉料6份、脱硫石膏6份、磷石膏3份、硅铝酸盐5份、轻质材料3份、激发剂4份、甲基纤维素1份、三乙醇胺0.5份、草酸钠0.2份、发泡调节剂2份；
制备所述改性酚醛树脂包括将100份苯酚、10份高沸醇木质素和5份对甲基苯磺酸混合后在100℃下反应8h，加入50份甲醛、20份氢氧化钾，在60℃下反应5h得到粘稠物，用60℃水将所述粘稠物洗涤5次后脱水干燥，粉碎至200目后加入10份粉末丁腈橡胶得到所述改性酚醛树脂；
制备所述煤灰粉料包括将100份粉煤灰加入200份5mol/L混合酸溶液中，升温至100℃后保温搅拌8h，冷却，静置8h后，过滤、干燥，粉碎，与20份海泡石粉、1份羟甲基纤维素混匀后得到所述煤灰粉料；所述混合酸溶液是由摩尔配比1:5的HCl和H2SO4配制而成；
硅铝酸盐的化学通式为7.5Na2O·Al2O3·2.0SiO2·250H2O；所述轻质材料是由重量配比1:5:5的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯塑料颗粒组成；所述激发剂包括硫酸钠和氢氧化钾；所述发泡调节剂是由重量配比1:0.5:6的NaOH、骨胶和松香配制而成。
实施例3
本实施例所述氟石膏活性胶结材料，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂13份、煤灰粉料8份、脱硫石膏5份、磷石膏4份、硅铝酸盐3份、轻质材料4份、激发剂3份、甲基纤维素2份、活性剂0.4份、草酸钠0.7份、发泡调节剂1.5份；
制备所述改性酚醛树脂包括将100份苯酚、15份木质素磺酸钠和3份对甲基苯磺酸混合后在125℃下反应5h，加入75份甲醛、11份氢氧化钾，在80℃下反应3h得到粘稠物，用65℃水将所述粘稠物洗涤4次后脱水干燥，粉碎至300目后加入6份粉末丁腈橡胶得到所述改性酚醛树脂；
制备所述煤灰粉料包括将100份粉煤灰加入220份4mol/L混合酸溶液中，升温至110℃后保温搅拌7h，冷却，静置9h后，过滤、干燥，粉碎，与18份海泡石粉、6份羟甲基纤维素混匀后得到所述煤灰粉料；所述混合酸溶液是由摩尔配比1:4的HCl和H2SO4配制而成；
硅铝酸盐的化学通式为5Na2O·Al2O3·2.5SiO2·170H2O；所述轻质材料是由重量配比1:6:4的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯塑料颗粒组成；所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂，所述盐类激发剂为碳酸钠、碳酸钾和硫酸铝；所述碱类激发剂为氢氧化钾和氟化钠；所述活性剂为氯化钙、硫代硫酸钠、碳酸钙和氯化镁；所述发泡调节剂是由重量配比1:0.7:7的NaOH、骨胶和松香配制而成。
其中，实施例1-3中所述的氟石膏活性胶结材料的制备方法包括，将氟石膏、脱硫石膏、磷石膏粉碎至粒径≤2mm，加入以氟石膏为基准的15-25wt％水后搅拌均匀，升温至30-40℃后加入硅铝酸盐搅拌1-2h，冷却静置15-20h，加入激发剂混匀，在80-180℃下焙烧1-3h，冷却至室温，加水调节湿度为5-10wt％，依次加入改性酚醛树脂、煤灰粉料、轻质材料、甲基纤维素、活性剂、草酸钠、发泡调节剂混匀，细磨至粒径≤0.147mm后得到所述氟石膏活性胶结材料。
对实施例1-3的氟石膏活性胶结材料进行性能测试，其各性能的平均参数如下：初凝时间30min，终凝时间65min；抗折强度1.90MPa，抗压强度7.25MPa，粘接强度8.38MPa；容重为671kg/m3，导热系数为0.17W/m·K，保水率为92.0％。
本发明提出了一种氟石膏活性胶结材料，所述氟石膏活性胶结材料水化凝结时间短，力学强度优异，且可作为建筑抹面材料使用，使废弃氟石膏变废为宝。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种氟石膏活性胶结材料，其特征在于，其原料按重量份包括：氟石膏100份、改性酚醛树脂10-15份、煤灰粉料6-10份、脱硫石膏3-6份、磷石膏3-6份、硅铝酸盐2-5份、轻质材料3-5份、激发剂2-4份、甲基纤维素1-3份、活性剂0.2-0.5份、草酸钠0.2-1.2份、发泡调节剂1-2份；
制备所述改性酚醛树脂包括将100份苯酚、10-20份木质素和1-5份对甲基苯磺酸混合后在100-150℃下反应2-8h，加入50-100份甲醛、2-20份氢氧化钾，在60-100℃下反应1-5h得到粘稠物，用60-70℃水将所述粘稠物洗涤2-5次后脱水干燥，粉碎至200-300目后加入2-10份粉末丁腈橡胶得到所述改性酚醛树脂；
制备所述煤灰粉料包括将100份粉煤灰加入200-240份3-5mol/L混合酸溶液中，升温至100-120℃后保温搅拌6-8h，冷却，静置8-10h后，过滤、干燥，粉碎，与16-20份海泡石粉、1-10份羟甲基纤维素混匀后得到所述煤灰粉料。
2.根据权利要求1所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，制备所述改性酚醛树脂过程中，所述木质素为造纸黑液浓缩液、高沸醇木质素、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或碱木质素中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，制备所述煤灰粉料过程中，所述混合酸溶液是由摩尔配比1:3-5的HCl和H2SO4配制而成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，硅铝酸盐的化学通式为2.5-7.5Na2O·Al2O3·2.0-3.0SiO2·80-250H2O，其制备方法包括将Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液和NaOH溶液混合，在60-160℃下保温2-10h得到过饱和母液，过滤、洗涤、干燥制成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，所述轻质材料是由重量配比1:5-7:3-5的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯塑料颗粒组成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，所述激发剂包括盐类激发剂和碱类激发剂，优选地，所述盐类激发剂选自硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸铝中的一种或多种；所述碱类激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氟化钠中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，所述活性剂选自铝酸三钙、三乙醇胺、氯化钙、硫代硫酸钠、碳酸钙、氯化镁中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的氟石膏活性胶结材料，其特征在于，所述发泡调节剂是由重量配比1:0.3-0.5:6-8的NaOH、骨胶和松香配制而成，优选地，制备所述发泡调节剂包括：将NaOH溶于水中配制成相对密度为1.1-1.2的溶液,煮沸后加入松香，搅拌至松香全部溶解，再加入骨胶,冷却至室温得到所述发泡剂调节剂。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的氟石膏活性胶结材料的制备方法，其特征在于，包括，将氟石膏、脱硫石膏、磷石膏粉碎至粒径≤2mm，加入以氟石膏为基准的15-25wt％水后搅拌均匀，升温至30-40℃后加入硅铝酸盐搅拌1-2h，冷却静置15-20h，加入激发剂混匀，在80-180℃下焙烧1-3h，冷却至室温，加水调节湿度为5-10wt％，依次加入改性酚醛树脂、煤灰粉料、轻质材料、甲基纤维素、活性剂、草酸钠、发泡调节剂混匀，细磨至粒径≤0.147mm后得到所述氟石膏活性胶结材料。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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