CN106380095B - 一种水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法，原料包括60‑70wt％复合掺合料、30‑40wt％熟料、0‑7wt%外加剂；所述的复合掺合料包括67‑71wt％磷渣、29‑33wt％石灰石粉；所述的磷渣是通过以下方式得到的：干燥预处理磷渣至含水率＜11％，将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg，比表面积按GB/T 8074‑2008勃氏法测定，然后将粉磨后的磷渣以40‑60℃/h升温至350‑450℃保温后随炉冷却得到。本发明是一种在水工混凝土中大掺量地利用工业固体废物（主要是磷渣）的少熟料绿色胶凝材料制备方法，即水工混凝土磷渣复合胶凝材料制备方法。

Description

一种水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明属于工业固体废物资源化利用技术领域，具体涉及一种先将黄磷生产过程的电炉磷渣(下文中简称“磷渣”)进行激活改性制成复合掺合料，再配入熟料、外加剂制备而成的复合胶凝材料。
背景技术
走可持续发展道路，节约资源能源、减少环境污染，实施转型升级，是当今水泥行业发展的取向。目前，我国水泥工业每年要用石灰石约6亿t，黏土类原料约1.2亿t，开发如此大量的天然资源，给生态环境造成严重负担。在环境受到威胁的另一方面，是各种工业废渣的大量排放、堆积和污染。各种工业废渣的利用，生产建筑材料当为主渠道，而水泥与混凝土的生产应是利用废渣的大户。
常规水工混凝土施工过程是利用高熟料的中热硅酸盐水泥、粗细骨料、外加剂、水、外掺粉煤灰和矿渣粉共同搅拌而成的，通过这两种矿物掺合料的应用，可防止温差裂缝，提高混凝土耐久性。但是同时掺加这两种掺合料，那么其中的水泥性能会因掺合料不同，相互影响而产生互补效应，对水工混凝土配比设计、混凝土强度都有一定的影响。中热硅酸盐水泥中熟料掺量在95％左右，混凝土内部水化热量较高，造成温差裂缝，对水工混凝土质量也有明显的不良影响，需要另外加大降温措施投入，施工成本明显偏高。
在不少情况下，水工混凝土的主要问题，往往不是设计要求的抗压强度而是受其它性能所控制，只要其它性能满足要求，设计要求的抗压强度一般是容易满足的。因此水工混凝土强度等级一般要求不高，为C10～C30，特别是依靠重力保持稳定的重力坝，其对早期强度要求则更低。在确保水工混凝土强度和质量基础上，充分利用工业废渣、降低施工成本，保证混凝土稳定性和耐久性，是本发明研究的问题。
磷渣是电炉法制备黄磷时的工业副产品，粒径在0.5-5mm之间，堆密度为0.8-1.0t/m3。每生产1t黄磷，大约产生8-10t磷渣。以我国目前的黄磷生产能力，每年的磷渣排放量都在500万t以上，且逐年递增。目前磷渣利用量较小，这不仅制约企业的发展，也对当地水体、土壤等造成严重污染。
磷渣的主要成分是硅酸盐和铝酸盐，经过水淬后具有潜在活性。但含水量较高，难以直接用于胶凝材料制备。且研究表明，当磷渣作为混合材取代部分熟料生产硅酸盐水泥时，其掺量不得大于20％，否则会使水泥凝结时间大大延长，早期强度较低，限制了磷渣的有效应用。本专利技术在掌握磷渣物化特性的基础上，以经复合激活改性的磷渣掺合料为主料，熟料为强度调节辅料，外加剂为凝结时间调节辅料，制备能应用于水工混凝土的磷渣复合胶凝材料。该技术国内尚未见报道。
发明内容
本发明提供一种在水工混凝土中大掺量地利用工业固体废物(主要是磷渣)的少熟料绿色胶凝材料制备方法，即水工混凝土磷渣复合胶凝材料制备方法。
本发明的一种水工混凝土磷渣复合胶凝材料制备方法，原料包括60-70wt％复合掺合料、30-40wt％熟料、0-7wt％外加剂；所述的复合掺合料包括67-71wt％磷渣、29-33wt％石灰石粉；所述的磷渣是通过以下方式得到的：干燥预处理磷渣至含水率＜11％，将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg，比表面积按GB/T 8074-2008勃氏法测定，然后将粉磨后的磷渣以40-60℃/h升温至350-450℃保温后随炉冷却得到。
所述的复合胶凝材料中的熟料比表面积为335-365m2/Kg，按勃氏法测定。
所述的复合胶凝材料中比表面积为335-365m2/Kg的熟料是通过以下方式得到，将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨25-35min。
所述的复合胶凝材料中的外加剂是指以下三种：脱硫石膏、硫铝酸盐熟料、烧明矾石粉。
所述的复合胶凝材料中的脱硫石膏比表面积为335-365m2/Kg，按勃氏法测定。
所述的复合胶凝材料中的硫铝酸盐熟料比表面积为335-365m2/Kg，按勃氏法测定。
所述的复合胶凝材料中的烧明矾石粉比表面积为335-365m2/Kg，按勃氏法测定。
所述的复合掺合料中的石灰石粉的的细度≤3.0％，按负压筛法测定。
所述的干燥预处理是将磷渣自然风干至含水率＜11％。
采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨25-35min至比表面积＞430m2/Kg。
粉磨后的磷渣以40-60℃/h升温至350-450℃保温1-2小时后随炉冷却。
本发明首先将经过干燥预处理的电炉磷渣球磨至规定的比表面积，经低温热处理后配入适量的球磨至规定比表面积的石灰石粉制备成复合掺合料，然后将熟料和外加剂球磨至规定的比表面积，最后将磷渣复合掺合料、熟料和外加剂按一定配比混合均匀得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。
具体的制备方法为：取电炉磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，然后将粉磨后的磷渣以40-60℃/h升温至350-450℃保温后随炉冷却，最后按67-71wt％磷渣、29-33wt％石灰石粉将原料混匀，即得到复合掺和料。进一步将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg，将外加剂采用球磨机粉磨至合适的比表面积，最后按60-70wt％复合掺合料、30-40wt％熟料、0-7wt％外加剂将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。
本发明中，磷渣为经过热处理后的工业废渣，其主要成分为具有一定活性的硅酸钙和铝酸钙，将磷渣自然风干充分保留了其水淬潜在活性。掺入石灰石粉对磷渣中的活性SiO2、活性Al2O3等物质进行碱激发，加速其水化速率，促进其水化程度。掺入熟料调节胶凝材料的强度，使其满足水工混凝土的强度要求。将各组分单独粉磨至合适的细度，再混合均匀，可极大限度的发挥各组分活性效应。掺入外加剂调节胶凝材料的凝结时间，使其初凝时间与终凝时间符合国标和人们的使用习惯。
本项技术通过低温热处理磷渣、物理球磨和添加常规外加剂的技术手段混料制备了大掺量利用工业固废的少熟料胶凝材料，生产工艺简单，能耗低，资源消耗少，是一种绿色环保的建材制备技术。本项技术的特点在于利用改性磷渣复合掺合料的掺入促进原料中活性组分的水化，从而有效克服了矿渣类胶凝材料早期强度不高的缺点；利用外加剂的掺入调节胶凝材料的凝结时间。经本技术制备的水工混凝土磷渣复合胶凝材料，按《GB/T1346-2011，水泥标准稠度用水泥量、凝结时间、安定性检验方法》测定其初凝时间为105-220min，终凝时间为215-350min，凝结时间适宜；其强度按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测定为3d抗折强度≥2.0MPa，3d抗压强度≥6.5MPa，28d抗折强度≥5.5MPa，28d抗压强度≥28MPa，可以满足水工混凝土强度要求；其腐蚀性及出毒性符合《GB5085.1-2007危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》和《危险废物鉴别标准出毒性鉴别GB5085.3-2007》要求。
附本发明所用原料的成分(以主要氧化物计)列表：
成分 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 R2O
熟料 0.50 21.70 5.44 3.13 64.96 2.36 0.83 0.56
磷渣 0.11 38.70 5.37 0.14 44.49 1.23 2.46 1.59
石灰石 42.52 2.14 0.74 0.21 52.73 1.08 / 0.21
脱硫石膏 20.60 3.26 0.54 0.11 35.30 0.65 41.90 0.22
烧明矾石粉 13.13 50.14 12.85 3.07 6.26 1.05 7.68 3.53
硫铝酸盐熟料 0.18 14.14 26.30 5.70 41.23 0.74 9.49 0.31
具体实施方式
以下实施例是对本发明的说明。
实施例1：
水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备
取磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，将粉磨后的磷渣以50℃/h升温至450℃，并保温1h后随炉冷却，然后按67wt％磷渣、33wt％石灰石粉(石灰石粉要求细度≤3.0％，按负压筛法测定)混匀得到复合掺和料；将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg。最后按60wt％复合掺合料、40wt％熟料将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测得其3d抗折强度2.3MPa，3d抗压强度10.3MPa，28d抗折强度7.0MPa，28d抗压强度37.0MPa。
实施例2：
水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备
取磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，将粉磨后的磷渣以50℃/h升温至450℃，并保温1h后随炉冷却，然后按67wt％磷渣、33wt％石灰石粉(石灰石粉要求细度≤3.0％，按负压筛法测定)混匀得到复合掺和料；将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg；将烧明矾石粉烘干粉磨至比表面积(按勃氏法测定)。最后按60wt％复合掺合料、40wt％熟料、2wt％烧明矾石粉将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测得其3d抗折强度2.4MPa，3d抗压强度10.4MPa，28d抗折强度6.9MPa，28d抗压强度36.8MPa。
实施例3：
水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备
取磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，将粉磨后的磷渣以50℃/h升温至450℃，并保温1h后随炉冷却，然后按71wt％磷渣、29wt％石灰石粉(石灰石粉要求细度≤3.0％，按负压筛法测定)混匀得到复合掺和料；将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg；将烧明矾石粉烘干粉磨至比表面积335-365m2/Kg(按勃氏法测定)。最后按70wt％复合掺合料、30wt％熟料、2wt％烧明矾石粉将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测得其3d抗折强度2.0MPa，3d抗压强度6.8MPa，28d抗折强度6.4MPa，28d抗压强度30.3MPa。
实施例4：
水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备
取磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，将粉磨后的磷渣以50℃/h升温至450℃，并保温1h后随炉冷却，然后按71wt％磷渣、29wt％石灰石粉(石灰石粉要求细度≤3.0％，按负压筛法测定)混匀得到复合掺和料；将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg；将硫铝酸盐熟料粉磨至比表面积(按勃氏法测定)；将脱硫石膏粉烘干磨至比表面积335-365m2/Kg(按勃氏法测定)。最后按70wt％复合掺合料、30wt％熟料、2wt％硫铝酸盐熟料、5wt％脱硫石膏将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测得其3d抗折强度2.0MPa，3d抗压强度7.0MPa，28d抗折强度6.1MPa，28d抗压强度29.3MPa。
实施例5：
水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备
取磷渣，自然风干至含水率＜11％，采用球磨机将经干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg(按勃氏法测定)，将粉磨后的磷渣以50℃/h升温至450℃，并保温1h后随炉冷却，然后按71wt％磷渣、29wt％石灰石粉(石灰石粉要求细度≤3.0％，按负压筛法测定)混匀得到复合掺和料；将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg；将硫铝酸盐熟料粉磨至比表面积(按勃氏法测定)；将脱硫石膏烘干粉磨至比表面积335-365m2/Kg(按勃氏法测定)。最后按70wt％复合掺合料、30wt％熟料、2wt％硫铝酸盐熟料、5wt％脱硫石膏将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料。按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB 17671-1999》测得其3d抗折强度2.5MPa，3d抗压强度10.8MPa，28d抗折强度6.7MPa，28d抗压强度33.2MPa。

Claims (3)

1.一种水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，取电炉磷渣，自然风干至含水率＜11%，采用球磨机将干燥预处理的磷渣粉磨至比表面积＞430m2/Kg，按勃氏法测定，然后将粉磨后的磷渣以40-60℃/h升温至 350-450℃保温后随炉冷却，最后按 67-71wt％磷渣、29-33wt％石灰石粉将原料混匀，即得到复合掺和料，进一步将预破碎至3mm以下的熟料采用球磨机粉磨至比表面积335-365m2/Kg，将外加剂采用球磨机粉磨至合适的比表面积，最后按 60-70wt％复合掺合料、30-40wt％熟料、0-7wt%外加剂将原料混匀即得到水工混凝土磷渣复合胶凝材料，所述的复合胶凝材料中的外加剂是指以下三种：脱硫石膏、硫铝酸盐熟料、烧明矾石粉中的一种或多种，脱硫石膏烘干粉磨至比表面积为335-365m2/Kg，硫铝酸盐熟料比表面积为335-365m2/Kg，烧明矾石粉烘干粉磨至比表面积为335-365m2/Kg。
2.根据权利要求1所述的水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的熟料是经预破碎至3mm以下，再采用球磨机粉磨25-35min后控制比表面积为335-365m2/Kg。
3.根据权利要求 1所述的水工混凝土磷渣复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述的石灰石粉烘干粉磨至细度≤3.0%。
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