CN105565693B - 一种石膏复合胶凝材料的制备方法 - Google Patents

一种石膏复合胶凝材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石膏复合胶凝材料的制备方法。在硅铝质原料中加入少量碱金属盐低温煅烧得到富硅物料，再在后者中按比例加入钙碱原料与石膏，研磨即得石膏复合胶凝材料。本发明所使用的各种工业石膏无需煅烧即可用作该材料的原料，根据具体的应用需要调整配方可以实现最好的性价比。本发明的石膏复合胶凝材料比过去的同类材料成本更低，而且可适用于硅酸盐水泥不易得的地区，能促进工业石膏的处理和广泛利用。

Description

一种石膏复合胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明属于固废处理和生态胶凝材料及其应用领域，特别涉及一种石膏复合胶凝材料的制备方法。
背景技术
工业石膏也叫化学石膏，指在工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，主要有磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏和盐石膏等。由于环境保护的原因，近年来对工业石膏的处理和利用研究不断加强，其中脱硫石膏的处理和利用得到长足进步，以其为原料制备石膏板、建筑石膏和水泥缓凝剂的生产线接连投产，而排放量很大的磷石膏利用率相对低迷。在脱硫石膏的利用方法中，除水泥缓凝剂外，其它方法多牵涉到对石膏的煅烧工序，成本和能耗仍然过高，这在对成本特别敏感的建材领域仍是一个问题。石膏复合胶凝材料通常在石膏中加入矿渣、水泥或石灰进行胶凝，多数需对石膏进行煅烧预处理以提高活性，但也存在一些非煅烧利用方法，如专利CN200810031155.6和 CN103274613A对工业石膏进行免煅烧利用。不仅如此，这类石膏复合胶凝材料中石膏以外的掺和料含量较高，导致制品密度比建筑石膏明显增大和石膏的调湿透气功能降低，且掺和料配比难于掌握，容易开裂。磷石膏等含较多杂质的副产石膏的胶凝强度欠佳，难于应用，导致这一最大宗的副产石膏利用率很低，而现有复合胶凝材料由于胶凝机理的限制，这些问题难以有效解决。开发新型的石膏复合胶凝材料为解决上述问题提供新途径。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种石膏复合胶凝材料的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种石膏复合胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）先准备两种原料。原料1为含有SiO2 和Al2O3的固体物质，可以是天然的岩石和矿物，也可以是人工产物，或者二者的混合物，含SiO2 和Al2O3的固体原料优选天然岩石、矿山尾矿、煤矸石、燃煤残碴、粉煤灰、陶瓷废料或冶金废碴中的一种或两种以上；原料2为含碱金属的盐，可以是钾和/或钠的氧化物、硫化物、氢氧化物、无机酸盐和有机酸盐的一种或多种的混合物（氧化物、氢氧化物等都不属于盐，但是为了方便表达，在此统一概括成含碱金属的盐），也可直接采用工业碱，或者采用富含上述盐类的工业废碱；原料1与原料2以任意方式均匀混合并研磨至细度达到200目筛余量≤10%，然后在氧化环境中于500~1000℃充分加热（这里的充分加热，对时间不需要明确限定，以满足化学反应充分完成所需要的时间为准），冷却后即得富硅物料；所述的富硅物料满足如下按质量百分比计的化学组成：
SiO2 45~75%，Al2O3 8~47%，K2O+Na2O：1~13%，其它：3~30%；所述的其它包括FeO、Fe2O3、MgO、CaO、TiO2和SO3中的一种或两种以上；
（2）准备与水反应生成Ca(OH)2的钙碱原料，包括生石灰、熟石灰、电石渣和各种水泥熟料但不局限于此几种；
（3）准备石膏，按富硅物料/钙碱原料/石膏=33~72/5~30/14~62的质量比混合均匀，以任意方式研磨至200目筛余量少于10%的细度即得石膏复合胶凝材料；所述的石膏包括天然硬石膏、石膏、建筑石膏、煅烧无水石膏及工业石膏但不局限于此几种，所述的工业石膏使用前需预处理至pH为6~7。
进一步地，所述的石膏复合胶凝材料以适当的水灰比加入水搅拌均匀后通过振动去除气泡，然后在饱和水蒸汽或空气中及在0~100℃的温度下养护硬化得到适当强度的建筑结构材料；或在更少的水灰比下拌匀后适当加压成型，在与振动成型试块相同的养护条件下硬化。
进一步地，所述的富硅物料还包括天然和/或人工的火山灰性材料，按需要添加，以改善石膏复合胶凝材料的某些特性。
进一步地，石膏复合胶凝材料在水化时根据需要可加入粗细集料和减水剂等改善胶凝体的性质，可做成建筑砌块、板材、加气混凝土和泡沫混凝土等，也可用于批荡、填缝、堵漏、打底和粉刷墙壁。
本发明的石膏复合胶凝材料在水化时可同时生成非晶态、半晶态和全晶态的胶凝相包围石膏颗粒以提高其抗水软化性能，其中的石膏并非一定要经过煅烧的预处理程序。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明能实现对工业石膏的全利用，除天然的硬石膏与石膏外，还能适应不同来源的副产石膏，开辟了工业石膏处理和利用的新途径。
（2）本发明通过低温煅烧制备石膏复合胶凝材料，其性能与硅酸盐水泥相当，但成本与碳排放明显低于后者；同时它也能和硅酸盐水泥复合使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。
实施例中共采用了7种天然和人工的硅铝质原料来制备富硅物料，它们的化学组成见表1。所有硅铝质原料破粉碎后加入碱混合均匀研磨至200目筛余量少于10%的细度。分别在500~1000℃的温度区间内煅烧研磨好的粉体得到富硅物料。各实施例中富硅物料加工工艺参数详见表2。按与富硅物料的适当比例加入钙碱物料和石膏，重新研磨至200目筛余量少于10%的细度。根据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法检测3天和28天的强度性能。对养护28天的试块泡水72小时后检测其抗压强度，后者与28天强度的比值为软化系数。石膏复合胶凝材料的配方比例和性能详见表3。
表1 实施例所选硅铝质原料的化学组成 单位：wt%
硅铝原料号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO K2O Na2O SO3 烧失
1 58.7 20.3 0.5 1.7 0.7 1.4 2.2 0.2 1.3 13.2
2 49.2 16.7 0.7 2.4 1.8 8.9 2.1 0.4 1.3 16.0
3 43.2 19.0 1.5 6.7 0.1 2.0 1.5 0.5 2.3 23.7
4 59.7 11.7 3.2 2.9 1.2 2.0 1.1 0.7 9.2 8.5
5 66.4 18.2 0.2 1.2 0.7 0.4 1.2 0.2 1.1 10.8
6 76.0 8.2 8.6 0.2 0.5 0.4 1.0 0.2 1.1 4.1
7 40.8 40.1 0.8 0.2 0.1 0.1 0.9 0.1 2.1 14.6
表2 各实施例中富硅物料加工工艺参数
实施例号 硅铝原料号 碱类 碱加量/硅铝原料（wt%) 煅烧温度（℃）
1 1 烧碱 4.5 500
2 1 纯碱 2.6 950
3 2 烧碱 5 600
4 2 烧碱 6.5 650
5 3 纯碱 5.3 700
6 3 85废碱 12 750
7 4 85废碱 8 800
8 4 烧碱 12.9 800
9 5 纯碱 19.7 900
10 6 纯碱 8.5 1000
11 7 0 0 750
12 7 烧碱 5.2 500
表3 石膏复合胶凝材料的配方与性能一览表
由表3可知，各实施例石膏复合胶凝材料的抗压强度均满足砌筑水泥的要求，而软化系数均不小于0.8，可根据使用需要调节掺和料的比例得到不同强度和软化系数的结构材料。当用在高湿度和高负荷场合时选择软化系数高和强度大的配方，用于干燥和不承重的场所时可选择较高石膏掺量、强度与软化系数相对较低的配方以节省成本。

Claims (5)

1.一种石膏复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）先准备两种原料，原料1为含有SiO2和Al2O3的固体物质，原料2为钾和/或钠的氧化物、硫化物、氢氧化物、无机酸盐和有机酸盐的一种或两种以上的混合物，或为工业碱，或为工业废碱；原料1与原料2均匀混合并研磨至200目筛余量≤10%，然后在氧化环境中于500~1000℃充分加热，冷却后即得富硅物料；所述的富硅物料满足如下按质量百分比计的化学组成：
SiO2 45~75%，Al2O3 8~47%，K2O+Na2O 1%，其它 3~30%；所述的其它为FeO、Fe2O3、MgO、CaO、TiO2和SO3中的一种或两种以上；
（2）准备与水反应生成Ca(OH)2的钙碱原料；
（3）准备石膏，按富硅物料/钙碱原料/石膏=33~72/5~30/14~62的质量比混合均匀，重新研磨至200目筛余量少于10%的细度即得石膏复合胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的石膏复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，含SiO2和Al2O3的固体原料为天然岩石、矿山尾矿、煤矸石、燃煤残碴、粉煤灰、陶瓷废料或冶金废碴中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的石膏复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的与水反应能生成Ca(OH)2的钙碱原料为生石灰、熟石灰、电石渣和水泥熟料中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的石膏复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的石膏为天然硬石膏、半水石膏、煅烧无水石膏及工业石膏中的一种或两种以上；所述的工业石膏使用前需预处理至pH为6~7。
5.根据权利要求1至4任一项所述的石膏复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述富硅物料还包括天然或人工的火山灰性材料。
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