CN108558250B - 一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺 - Google Patents

一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温煅烧磷石膏制备β‑半水石膏的工艺，将磷石膏、降温剂混合均匀后，放入烘箱中在130～150℃下进行恒温煅烧2～3h，将煅烧后的原料放入干燥器中冷却制备出β‑半水石膏粉；将上述条件下制备的β‑半水石膏粉按水固比0.4‑0.8混合，搅拌条件下倒入水泥后快速在试模中制备试块放入标准养护箱中养护1‑3h，即可得到β‑半水石膏。采用本发明的技术方案降低了磷石膏制备β‑半水石膏的温度，减少了能源消耗降低成本；提高β半水磷石膏的强度、改善其特性；矿渣、粉煤灰等来自工业废渣提高工业废渣的利用；β‑半水石膏水化硬化产生的水化硅酸钙和少量钙矾石在一定程度上提高半水石膏的耐水性；该工艺方法简单易于操作。

Description

一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺
技术领域
本发明涉及一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺方法及其使用方法，该工艺方法是以磷石膏为主要材料掺入降温剂以降低磷石膏制备β-半水石膏煅烧温度、改善β-半水石膏的力学性能，制备良好的建筑石膏材料。
背景技术
磷石膏是磷肥工业湿法生产磷酸时产生的CaSO4˙2H2O，其含量在85％以上的固体残渣，磷酸是生产磷肥主要工业原料，我国农业的发展势必对磷肥的需求量越来越多，每生产1t磷酸就会产生5～6t磷石膏，磷石膏得不到有效的利用常年累积堆放造成磷石膏量日益增多，2015年磷石膏的年排放量达到7600万t，历年累计堆积量高达4亿多t。原状磷石膏具有强酸性，其pH值为2～5，在露天堆放因雨水浸入，浸出液进入地表水、地下水造成水质酸化，磷石膏中的游离磷物质随着径流流入河流中易导致水的富营养化，严重污染水体资源；磷石膏中含有的可溶性氟化物，通过雨水浸入土壤、地表水会造成水中氟含量升高，造成土壤中农作物减产，在食物链的作用下进入人体危害人类健康。磷石膏对土壤、水资源、大气的危害受到国内外学者的广泛关注。在环境污染问题越来越严重的社会背景下，如何提高工业副产品磷石膏的综合利用是国家工业和环境部门当下要解决的重大难题。
目前我国磷石膏除了少量用于水泥缓凝剂、土壤改良剂等外，主要用于制备纸面石膏板和石膏砌块，其主要原料都是β-半水石膏(建筑石膏)。磷石膏在一定条件下煅烧脱去结晶水形成半水石膏和无水石膏其具有水化硬化的胶凝特性，其特性可用于代替天然石膏用于制备建筑石膏材料，天然石膏在170℃范围煅烧制备的β建筑石膏强度和性能最佳，该温度下制备的优等品建筑石膏在水固比为0.6～0.65时2h抗压强度为5.24MPa；高惠民、马金波、郑绍聪等研究干燥条件下煅烧磷石膏制备β-半水石膏粉发现在185～190℃时煅烧2.5h时制备的β-半水石膏粉在水固比为0.72时其抗压强度达到最大值5.21MPa，相对于天然石膏存在煅烧温度过高、能耗大、标准稠度需水量较高、凝结时间长和抗压强度不够高等缺点，因此磷石膏代替天然石膏制备建筑石膏，只有降低磷石膏煅烧温度、提高磷石膏强度、降低其标准稠度需水量，综合改善磷石膏性能，才能进一步提高磷石膏在建筑石膏方面的应用。
发明内容
本发明的目的是在低温条件下煅烧磷石膏制备β-半水石膏建筑材料的工艺方法，该工艺方法是利用矿渣、粉煤灰、无水硫酸铝、无水硫酸铝钾等作为降温剂，磷石膏混合均匀降低制备半水石膏的煅烧温度从而降低能源消耗，减少磷石膏带来的环境污染；改善β-半水石膏初凝时间短、结构疏松、强度低、标准稠度需水量高等问题。
本发明是这样实现上述目的的：
一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺方法是在磷石膏材料中掺加一定量的降温剂，放入烘箱中在130～150℃下进行恒温煅烧2～3h，将煅烧后的原料放入干燥器中冷却制备出β-半水石膏粉；
将上述条件下制备的β-半水石膏粉按水固比0.4-0.8混合(进一步优选为固液比为0.6)，搅拌条件下倒入水泥后快速在试模中制备试块放入标准养护箱中养护1-3h(进一步优选为养护时间为2h)，即可得到β-半水石膏。
(矿渣、粉煤灰、无水硫酸铝、无水硫酸铝钾、沸石、生石灰)，按重量百分比计，矿渣2.0～5.0％、粉煤灰1.0～4.0％、无水硫酸铝钾0.1％～0.4％、沸石1.0～3.0％、无水硫酸铝0.3～0.6％、生石灰0.5～2.0％，磷石膏85～95.1％。
磷石膏的主要矿物成分是CaSO4·2H2O，经过磨细处理其比表面积大于400m2/kg，在磷石膏中掺加一定比例的降温剂不仅可降低磷石膏制备β-半水石膏的煅烧温度，而且可提高磷石膏的强度，改善其物理特性；磷石膏其自身磷、氟化物、有机质等杂质的存在导致二水石膏晶体结构疏松、结晶程度差；无水硫酸铝、无水硫酸铝钾等磨细后其比表面积大于400m2/kg，其具有一定的吸附结晶水的特性，与磷石膏混合煅烧时吸取二水磷石膏的结晶促进β半水磷石膏的生成，矿渣、粉煤灰、沸石等掺入使磷石膏颗粒级配更加均匀，作为磷石膏粉中的热量传递介质使二水石膏晶体均匀高效的吸收热量脱去结晶水；沸石具有高效的催化性和较强的吸附性，利用吸附性可将磷石膏中游离的磷酸、可溶的氟化物、有机质吸附到其特有的孔隙结构中减少包覆在二水石膏表面的磷酸、氟化物、有机质等杂质含量，使磷石膏更直接有效的吸收热量降低磷石膏的煅烧温度同时催化矿渣、粉煤灰、半水磷石膏的水化反应，提高材料矿物活性；矿渣和粉煤灰主要成分Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO具有很强的活性，生石灰可提高了半水石膏的pH值，半水石膏水化硬化时Al2O3、Fe2O3、SiO2与氧化钙水化生产的Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)等类似水泥胶凝物质将二水石膏晶体包裹在凝胶材料网状结构中提高磷石膏材料的强度，水化铝酸钙物质在二水硫酸钙碱性环境中生成钙矾石等水硬性物质，提高结构密实度、增强其耐水性。
本发明的优点是：降低了磷石膏制备β-半水石膏的温度，减少了能源消耗降低成本；提高β半水磷石膏的强度、改善其特性；矿渣、粉煤灰等来自工业废渣提高工业废渣的利用；β-半水石膏水化硬化产生的水化硅酸钙和少量钙矾石在一定程度上提高半水石膏的耐水性；该工艺方法简单易于操作。
具体实施方式
实施例1
本发明低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺方法，原料按质量百分比计组成为：矿渣2.0％、粉煤灰1.0％、无水硫酸铝钾0.1％、沸石1.0％、无水硫酸铝0.3％、生石灰0.5％磷石膏95.1％混合后放入烘箱中在140℃下进行恒温煅烧2h，按照上述配比混合材料在水固比为0.6条件下在水泥净浆搅拌机中搅拌均匀倒入试模中在水泥标准养护箱中养护2h后测试块强度，根据《建筑石膏》(GB/T9776-2008)测量β-半水石膏抗压、抗折强度，初凝、终凝时间。
Figure BDA0001569753540000031
该工艺方法制备的β-半水磷石膏材料符合《建筑石膏》(GB/T9776-2008)标准，其物理力学性能达到《建筑石膏》(GB/T9776-2008)二级石膏标准初凝时间≧3min，终凝时间≦30min，抗折强度≧2.0MPa，抗压强度≧4.0MPa的要求，对比同一温度下空白样磷石膏强度提高了76.56％，达到了185℃条件下煅烧磷石膏制备的β-半水石膏强度。
实施例2：
本发明低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺方法，原料按质量百分比计组成为：煅烧温度140℃，矿渣4％、粉煤灰3％、无水硫酸铝钾0.25％、沸石1.0％、无水硫酸铝0.45％、生石灰1.5％磷石膏89.8％混合后放入烘箱中在130℃下进行恒温煅烧2h，，按照上述配比混合材料在水固比为0.6条件下在水泥净浆搅拌机中搅拌均匀倒入试模中在水泥标准养护箱中养护2h后测试块强度，根据《建筑石膏》(GB/T9776-2008)测量β-半水石膏抗压、抗折强度，初凝、终凝时间。
Figure BDA0001569753540000041
该工艺方法制备的β-半水磷石膏材料符合《建筑石膏》(GB/T9776-2008)标准，其物理力学性能达到《建筑石膏》(GB/T9776-2008)二级石膏标准初凝时间≧3min，终凝时间≦30min，抗折强度≧2.0MPa，抗压强度≧4.0MPa的要求；对比同一温度下空白样磷石膏强度提高了78.31％，达到了185℃条件下煅烧磷石膏制备的β-半水石膏强度。
实施例3：
本发明低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏的工艺方法，原料按质量百分比计组成为：煅烧温度150℃，矿渣5％、粉煤灰4％、无水硫酸铝钾0.4％、沸石3％、无水硫酸铝0.6％、生石灰2％磷石膏85％混合后放入烘箱中在140℃下进行恒温煅烧2h，，按照上述配比混合材料在水固比为0.6条件下在水泥净浆搅拌机中搅拌均匀倒入试模中在水泥标准养护箱中养护2h后测试块强度，根据《建筑石膏》(GB/T9776-2008)测量β-半水石膏抗压、抗折强度，初凝、终凝时间。
Figure BDA0001569753540000042
该工艺方法制备的β-半水磷石膏材料符合《建筑石膏》(GB/T9776-2008)标准，其物理力学性能达到《建筑石膏》(GB/T9776-2008)二级石膏标准初凝时间≧3min，终凝时间≦30min，抗折强度≧2.0MPa，抗压强度≧4.0MPa的要求；对比同一温度下空白样磷石膏强度提高了46.66％，达到了185℃条件下煅烧磷石膏制备的β-半水石膏强度。

Claims (4)

1.一种低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏粉的工艺，其特征在于：
将磷石膏、降温剂混合均匀后，放入烘箱中在130℃下进行恒温煅烧2～3h，将煅烧后的原料放入干燥器中冷却制备出β-半水石膏粉，所述的降温剂由矿渣、粉煤灰、无水硫酸铝钾、沸石、无水硫酸铝、生石灰复合研磨而成，其比表面积大于400m2/kg，按质量百分数计：矿渣 4%、粉煤灰 3%、无水硫酸铝钾 0.25%、沸石 1.0%、无水硫酸铝 0.45%、生石灰1.5%和磷石膏89.8%。
2.根据权利要求1所述的低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏粉的工艺，其特征在于：所述的磷石膏是磷肥工业利用浓硫酸与磷矿石生产磷酸产生的工业副产品，其主要成分是二水硫酸钙，并含有磷酸、氟、有机物及杂质，其比表面积大于400m2/kg。
3.根据权利要求1所述的低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏粉的工艺，其特征在于：矿渣是高炉炼铁过程中的副产品，经磨细处理其比表面积大于400m2/kg，主要物质成分为CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2。
4.根据权利要求1所述的低温煅烧磷石膏制备β-半水石膏粉的工艺，其特征在于：粉煤灰是煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，其主要化学成分是SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO；经磨细处理其比表面积大于400m2/kg。
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石膏制建筑石膏的试验研究;李萧等;《武汉理工大学学报》;20151228;第37卷(第12期);第41页第1.2节、第43页第2.2节、第45-46页第2.5节 *

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