CN106478127A - 一种磷石膏发泡制品及其制备方法 - Google Patents

一种磷石膏发泡制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷石膏发泡制品及其制备方法。该发泡制品的原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物包括磷石膏、钢渣和矿渣，所述的外加剂包括双氧水发泡剂和聚羧酸减水剂。本发明的有益效果是：该发泡制品组分中没有水泥或水泥熟料，磷石膏等固体废弃物使用量大，成本低，有利于大量消耗工业副产品磷石膏，可变废为宝。

Description

一种磷石膏发泡制品及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷石膏发泡制品及其制备方法。
背景技术
磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生约5吨磷石膏。据统计，目前我国磷石膏排放量已超过7000万吨，堆存量已经达到2.5亿吨，而且这个数字还在逐年增加。然而，磷石膏的利用率却不超过25％，大量无法利用的磷石膏只能采用堆放处理，这不仅占用大量土地资源，还污染环境；同时，我国天然石资源也在日益枯竭。因此，寻找一种能够大量消纳磷石膏，替代天然石膏的方法迫在眉睫。
目前，我国利用磷石膏制备发泡制品还不多见，近期有几项利用磷石膏制备泡沫制品的发明专利。专利申请号为：201410568775.9的“防水自保温砖及其制备方法”的专利文献中，申请人介绍了一种防水自保温砖，其组分及各组分的质量百分比分别为：水泥10％～13％；工业固废45％～65％；铝粉发泡剂0.5％～1％；纤维素0.2％～10％；胶粉0.5％～0.8％；防水剂1％～2％；余量为水。专利申请号为：201210152602.X的“一种节能利废砌块或板材及其制备方法”的专利文献中，申请人介绍的节能利废砌块或板材是脱硫石膏、矿渣粉、超细粉煤灰、水泥、发泡剂、碱性激发剂、早强剂、减水剂、矿物纤维和三乙醇胺组成。该砌块或板材各组分的质量份数为：脱硫石膏100；矿渣粉90～115；超细粉煤灰20～70；水泥40～60；发泡剂0.4～0.9；碱性激发剂4～10；早强剂2～8；减水剂0.05～1.40；聚丙烯纤维0.50～2.50；三乙醇胺0.003～0.010。
专利申请号为：201310018084.7的“一种磷石膏基发泡混凝土”的专利文献中，申请人介绍的发泡混凝土，由下列材料及重量份数组成：水60～350、磷石膏43.5～261、粉煤灰10～60、水泥10～60、生石灰3～3.5、减水剂0.01～0.02、发泡剂0.5～3.5。专利申请号为：201010153278.4的“微波高温法处理磷石膏生产免蒸压泡沫混凝土砌块的方法”的专利文献中，申请人介绍了一种泡沫混凝土，其组分重量百分比为：β型半水石膏或βⅡ型无水石膏60％～70％；粉煤灰(Ⅰ级)8％～20％；水泥(普通硅酸盐42.5)10％～15％生石灰5％～10％；改性外加剂(DXYY-01石膏砌块增强剂)1％～5％。
上述专利中介绍的泡沫制品，虽然有些早强较高，有些有特殊针对性，但是都掺入了水泥或水泥熟料，且掺量较高，或者也掺入了外加剂，生产成本较高。并且，其中有些利用蒸压养护或微波高温处理，对设备要求较高，且工艺复杂，经济效益差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种磷石膏发泡制品及其制备方法，轻质高强、保温隔热、隔音吸声；并且，原料中没有采用水泥或水泥熟料，磷石膏等固体废弃物使用量大，工艺简单，成本低。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种磷石膏发泡制品，其原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物包括磷石膏、钢渣和矿渣，所述的外加剂溶液包括双氧水发泡剂和聚羧酸减水剂。
按上述方案，所述的原料除水外各组分按照重量百分比为：钢渣7％～13％，矿渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，双氧水发泡剂0.1％～3％，聚羧酸减水剂0％～1％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.356～0.7倍。优选的，所述原料除水外各组分按照重量百分比为：钢渣7％～12％，矿渣45.53％～65.53％，半水磷石膏25％～45％，双氧水发泡剂1％～2％，聚羧酸减水剂0％～0.6％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.356～0.51倍。
按上述方案，所述的钢渣为钢铁厂炼钢工业废渣，其主要化学成分有二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)。
按上述方案，所述的矿渣为钢铁厂高炉水淬矿渣，其主要的化学成分有二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)。
按上述方案，所述的矿渣为比表面积大于280m2/Kg的矿渣粉，钢渣为比表面积大于200m2/Kg的钢渣粉。
按上述方案，所述的半水磷石膏为工业副产石膏经高温脱水而制得；其中，脱水温度170～250℃，脱水时间0.5～1h。
按上述方案，所述的双氧水发泡剂是质量百分数为30％的过氧化氢溶液。
按上述方案，所述的聚羧酸减水剂是标准型聚羧酸减水剂。
本发明所述的磷石膏发泡制品的制备方法，包括如下步骤：
1)预处理：分别将矿渣、钢渣、半水磷石膏烘干备用；将磷石膏在170℃～250℃温度下煅烧0.5～1h，制成半水磷石膏；将已烘干的矿渣粉磨至比表面积大于280m2/Kg，将已烘干的钢渣粉磨至比表面积大于200m2/Kg；
2)所述的原料中除水以外，其他各原料组分按照重量百分比为：钢渣7％～13％，矿渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，双氧水发泡剂0.1％～3％，聚羧酸减水剂0％～1％；水的加入量为其他各原料组分总质量的0.356～0.7倍；按上述配比，准备各原料；
3)按步骤2)所述配比，将钢渣粉、矿渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混匀，得到固体废弃物混合物；将双氧水发泡剂、聚羧酸减水剂和水按比例配合混匀，得到外加剂溶液；
4)将步骤3)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液混合，经成型、养护后，得到磷石膏发泡制品。
按上述方案，所述步骤4)中的成型的具体方法为：将步骤3)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液混合后，经机械搅拌超过5s后得到混合料浆，然后浇注于预制模具内成型。
按上述方案，所述步骤4)中的养护分为蒸汽养护和水中养护。其中，蒸汽养护温度30～60℃，养护12～24h；水中养护温度20℃，养护27～28天。
本发明主要的基本原理：本发明将钢渣、矿渣、半水磷石膏和外加剂溶液共同搅拌混合均匀，前三者作为胶结剂，外加剂溶液起到发泡和减少水灰比以提高制品强度的作用。其中，加入水后，钢渣提供一定的碱度和Ca2+浓度促进矿渣水解，在石膏存在的情况下，矿渣水解不断生成水化产物C-S-H凝胶和钙矾石，形成的C-S-H和钙矾石是本制品具有高强度的原因；同时，在一定的碱度和钢渣中Fe3+的存在，使得均匀分散于混合料中的双氧水分解出氧气，气体充填于制品结构内部，使得制品在硬化后内部形成均匀分布的微小气孔，这种结构是本制品具有质轻、保温隔热和隔音吸声等特性的原因。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，本发明组分中没有水泥或水泥熟料，固体组分完全由工业废弃物制得，成本低，经济效益好；第二，本发明组分中磷石膏利用率高达46％，有利于大量消耗工业副产磷石膏，同时组分中钢渣在水溶液中会释放出Fe3+，可以使得过氧化氢迅速彻底分解，无需再添加催化剂，既有效利用了固体废弃物钢渣，还可以消除催化剂带来的成本上升和对制品性能的影响；第三，本发明工艺简单，成型制品性能满足国家标准规定。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例中，钢渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成钢渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法》测定其勃氏比表面积为：394m2/Kg；矿渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成矿渣粉，测定勃氏比表面积为：411m2/Kg；磷石膏取自湖北省黄麦岭磷化工有限公司，在170℃烘箱中烘干1小时；发泡剂采用质量分数为30％的过氧化氢溶液；减水剂采用标准型聚羧酸减水剂。
磷石膏发泡制品(编号为G0-G5，钢渣用量不同)，其原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物和外加剂中各组分按照重量百分比为：钢渣粉7％～12％，矿渣粉50.4％～55.4％，半水磷石膏35％，双氧水发泡剂2％，聚羧酸减水剂0.4％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.45倍。编号为G0-G5的磷石膏发泡制品，各原料配比具体如表1所示。
上述磷石膏发泡制品(编号为G0-G5)的制备方法，包括如下步骤：
1)将钢渣粉、矿渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混匀，得到固体废弃物混合物；将双氧水发泡剂、聚羧酸减水剂和水按比例配合混匀，得到外加剂溶液；
2)将步骤1)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液搅拌均匀制成料浆，参照GB/T8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用“微型坍落度仪法”测定料浆的流动度值(如表1所示)，再将制成的料浆注入40mm×40mm×160mm的三联试模中，放入养护箱内(温度为40℃，相对湿度为60％)养护1天后刮去上层部分并脱模，脱模后的试块放入20℃的水中继续养护至28天，然后分别测定其各龄期的强度(如表1所示)；
3)养护至28天后所得的磷石膏发泡制品试块测量体积后，敲碎并放入60℃的烘箱中烘干至恒重，然后计算该试块的体积密度(如表1所示)。
表1不同钢渣掺量的磷石膏发泡制品性能情况
由表1可见，钢渣掺量在7％～12％范围内时，发泡制品都可达到较高的强度，但钢渣掺量为8％～10％时，强度可达到最高。
实施例2
本实施例中，钢渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成钢渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法》测定其勃氏比表面积为：394m2/Kg；矿渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成矿渣粉，测定勃氏比表面积为：411m2/Kg；磷石膏取自湖北黄麦岭磷化工有限公司，在250℃烘箱中烘干0.5小时；发泡剂采用质量分数30％的过氧化氢溶液；减水剂采用标准型聚羧酸减水剂。
磷石膏发泡制品(编号为H45-H51，加水量不同)，其原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物和外加剂中各组分按照重量百分比为：钢渣粉10％，矿渣粉53.53％，半水磷石膏35％，双氧水发泡剂1.25％，聚羧酸减水剂0.22％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的1:0.45～0.51倍。编号为H45-H51的磷石膏发泡制品，各原料配比具体如表2所示。
上述磷石膏发泡制品(编号为H45-H51)的制备方法、性能测试，与实施例1中磷石膏发泡制品(编号为G0-G5)相同；结果如表2所示。
表2不同加水量的磷石膏发泡制品性能情况
实施例3
本实施例中，钢渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成钢渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法》测定其勃氏比表面积为：394m2/Kg；矿渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成矿渣粉，测定勃氏比表面积为：411m2/Kg；磷石膏取自湖北黄麦岭磷化工有限公司，在200℃烘箱中烘干0.8小时；发泡剂采用30％过氧化氢溶液；减水剂采用标准型聚羧酸减水剂。
磷石膏发泡制品(编号为J1-J5，减水剂用量不同)，其原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物和外加剂中各组分按照重量百分比为：钢渣粉8％，矿渣粉55.31％～55.75％，半水磷石膏35％，双氧水发泡剂1.25％，聚羧酸减水剂0％～0.44％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.48倍。编号为J1-J5的磷石膏发泡制品，各原料配比具体如表3所示。
上述磷石膏发泡制品(编号为J1-J5)的制备方法、性能测试，与实施例1中磷石膏发泡制品(编号为G0-G5)相同，结果如表3所示。
表3不同减水剂掺量的磷石膏发泡制品性能情况
实施例4
本实施例中，钢渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成钢渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法》测定其勃氏比表面积为：394m2/Kg；矿渣取自武汉钢铁有限公司，烘干后将其粉磨成矿渣粉，测定勃氏比表面积为：411m2/Kg；磷石膏取自湖北黄麦岭磷化工有限公司，在220℃烘箱中烘干0.9小时；发泡剂采用30％过氧化氢溶液；减水剂采用标准型聚羧酸减水剂。
磷石膏发泡制品(编号为S1-S1.75，双氧水发泡剂的用量不同)，其原料包括固体废弃物、外加剂溶液和水；其中，所述的固体废弃物和外加剂中各组分按照重量百分比为：钢渣粉10％，矿渣粉55.31％～55.75％，半水磷石膏35％，双氧水发泡剂1％～1.75％，聚羧酸减水剂0.22％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.48倍。编号为S1-S1.75的磷石膏发泡制品，各原料配比具体如表4所示。
上述磷石膏发泡制品(编号为S1-S1.75)的制备方法、性能测试，与实施例1中磷石膏发泡制品(编号为G0-G5)相同，结果如表4所示。
表4不同双氧水掺量的磷石膏发泡制品性能情况
实施例5
本实施例中所用的原料种类和来源均与实施例1相同。
磷石膏发泡制品(编号为P1-P5，半水磷石膏掺量不同)，其原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物和外加剂中各组分按照重量百分比为：钢渣粉8％，矿渣粉45.53％～65.53％，半水磷石膏35％，双氧水发泡剂1.25％，聚羧酸减水剂0.22％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.48倍。编号为P1-P5的磷石膏发泡制品，各原料配比具体如表5所示。
上述磷石膏发泡制品(编号为P1-P5)的制备方法，包括如下步骤：
1)按照表5将钢渣粉、矿渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混匀，得到固体废弃物混合物；将双氧水发泡剂、聚羧酸减水剂和水按比例配合混匀，得到外加剂溶液；
2)将步骤1)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液搅拌均匀制成料浆，参照GB/T8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用“微型坍落度仪法”测定料浆的流动度值(如表5所示)，再将制成的料浆注入40mm×40mm×160mm的三联试模中，放入养护箱内(温度为40℃，相对湿度为60％)养护1天后刮去上层部分并脱模，脱模后的试块放入20℃的水中继续养护至28天，然后分别测定其各龄期的强度(如表5所示)；
3)养护至28天后所得的磷石膏发泡制品试块测量体积后，敲碎并放入60℃的烘箱中烘干至恒重，然后计算该试块的体积密度(如表5所示)。
表5不同半水磷石膏掺量的磷石膏发泡制品性能情况
综上所述，以上五组实施例均是按照本发明的制备方法实施的，制备得到的发泡制品的性能均满足国家标准规定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磷石膏发泡制品，其特征在于，它的原料包括固体废弃物、外加剂和水；其中，所述的固体废弃物包括磷石膏、钢渣和矿渣，所述的外加剂包括双氧水发泡剂和聚羧酸减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏发泡制品，其特征在于，所述的原料中除水以外，各组分按照重量百分比为：钢渣7％～13％，矿渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，双氧水发泡剂0.1％～3％，聚羧酸减水剂0％～1％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.356～0.7倍。
3.根据权利要求1或2所述的一种磷石膏发泡制品，其特征在于，所述的原料除水以外，各组分按照重量百分比为：钢渣7％～12％，矿渣45.53％～65.53％，半水磷石膏25％～45％，双氧水发泡剂1％～2％，聚羧酸减水剂0％～0.6％；水的加入量为固体废弃物和外加剂总质量的0.356～0.51倍。
4.根据权利要求1所述的一种磷石膏发泡制品，其特征在于，所述的矿渣为比表面积大于280m2/Kg的矿渣粉，钢渣为比表面积大于200m2/Kg的钢渣粉。
5.根据权利要求1所述的一种磷石膏发泡制品，其特征在于，所述的半水磷石膏为工业副产石膏经高温脱水而制得；其中，脱水温度170～250℃，脱水时间0.5～1h。
6.根据权利要求1所述的一种磷石膏发泡制品，其特征在于，所述的双氧水发泡剂是质量百分数为20％～40％的过氧化氢溶液。
7.一种磷石膏发泡制品的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
1)预处理：分别将矿渣、钢渣、半水磷石膏烘干备用；将磷石膏在170℃～250℃温度下煅烧0.5～1h，制成半水磷石膏；将已烘干的矿渣粉磨至比表面积大于280m2/Kg，将已烘干的钢渣粉磨至比表面积大于200m2/Kg；
2)所述的原料中除水以外，其他各原料组分按照重量百分比为：钢渣7％～13％，矿渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，双氧水发泡剂0.1％～3％，聚羧酸减水剂0％～1％；水的加入量为其他各原料组分总质量的0.356～0.7倍；按上述配比，准备各原料；
3)按步骤2)所述配比，将钢渣粉、矿渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混匀，得到固体废弃物混合物；将双氧水发泡剂、聚羧酸减水剂和水按比例配合混匀，得到外加剂溶液；
4)将步骤3)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液混合，经成型、养护后，得到磷石膏发泡制品。
8.根据权利要求7所述的磷石膏发泡制品的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的成型的具体方法为：将步骤3)制备得到的固体废弃物混合物和外加剂溶液混合后，经机械搅拌超过5s后得到混合料浆，然后浇注于预制模具内成型。
9.根据权利要求7所述的磷石膏发泡制品的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的养护分为蒸汽养护和水中养护，其中，蒸汽养护温度30～60℃，养护12～24h；水中养护温度15～25℃，养护25～30天。
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