CN109437789A - 一种碳激发磷渣砌块及其制备方法 - Google Patents

一种碳激发磷渣砌块及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种碳激发磷渣砌块及其制备方法,该碳激发磷渣砌块,按质量分数计,所述碳激发磷渣砌块由4.7%~17.6%磷渣微粉、0~10.9%磷石膏、75.8%~78.7%磷渣颗粒、0~3.6%添加剂和3.0%~6.3%水在CO2环境中制备而成。本发明的碳激发磷渣砌块因磷渣中活性CaO可被CO2激发,使得活性CaO与CO2反应生成强胶凝性能的CaCO3,从而使得本发明的碳激发磷渣砌块具有较高的强度,且在本发明中磷渣的利用率可达88%以上,磷石膏的利用率可达8.2%,缓解了缓解我国每年大量磷渣排放所带来的大气和土壤环境,以及磷石膏堆存带来的粉尘、地下水和土壤污染等环境问题,具有良好的环保、社会与经济效益。

Description

一种碳激发磷渣砌块及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,特别涉及一种碳激发磷渣砌块及其制备方法。
背景技术
中国是世界上主要的磷矿产地之一,中国磷矿储量仅次于摩洛哥和西撒哈拉地区,居世界第二位,以我国现有黄磷生产能力计,我国磷渣的年排放量达到600~800万吨。贵州磷矿资源丰富,富矿总量位居全国第一位,通常生产1吨黄磷大约产生8~10吨磷渣,生产黄磷排放的工业废渣累计达到百万吨以上,我国多数黄磷生产企业将磷渣作为废渣堆放,磷渣堆放需要占用土地,磷渣堆场在雨水的作用下,磷渣中的P2O5和其他有害成分会在雨水的淋溶下渗入地下造成土壤污染及地下水污染,对人畜造成危害。
磷石膏为磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,每生产1t磷酸约产生(4.5~5)t磷石膏。磷石膏主要成分是硫酸钙(CaSO4·2H2O),另外也含有少量未完全分解的磷矿、氟化物、磷酸、有机质、酸不溶物、铁铝化合物等杂质。随着我国高浓度磷复肥和磷酸工业的快速发展,副产的磷石膏量急剧增加。目前我国磷石膏的年排放量已达5000万t左右,由于资源化利用技术的瓶颈,累计堆存量超过2亿t。国内磷石膏还没有很好的利用途径,大多堆存处理,既占用土地,又浪费资源,含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染。
因此,磷渣和磷石膏的合理处置与综合利用具有很高的社会经济效益和生态环境效益。目前国内外关于磷渣和磷石膏的再利用有很多途径,如利用磷渣制备陶瓷材料、微晶玻璃等,磷石膏用作水泥缓凝剂、石膏砌块和石膏砖等,但因其品质低,再利用难度大,导致其利用效率一直不高。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种碳激发磷渣砌块,以解决现有磷渣和磷石膏利用率低的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种碳激发磷渣砌块,按质量分数计,所述碳激发磷渣砌块由4.7%~17.6%磷渣微粉、0~10.9%磷石膏、75.8%~78.7%磷渣颗粒、0~3.6%添加剂和3.0%~6.3%水在CO2环境中制备而成。
可选地,所述磷渣微粉的粒径≤100μm。
可选地,所述磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且所述磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%。
可选地,所述添加剂为硅灰、硫酸钠、碳酸钠的一种或多种。
本发明的另一目的在于提供一种制备上述碳激发磷渣砌块的方法,该制备方法包括以下步骤:
1)将所述磷渣微粉、所述磷石膏、所述磷渣颗粒和所述添加剂搅拌、混合,得到混合料A;
2)分两次向所述混合料A中加入所述水,其中,第一次加入所述水和第二次加入所述水后均搅拌,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将所述碳激发磷渣砌块坯料成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将所述碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护后,再放入CO2环境中养护,即得碳激发磷渣砌块。
可选地,所述步骤1)中所述搅拌的搅拌时间为0.5~1min。
可选地,所述步骤2)中第一次加入所述水后的搅拌时间为1~2min,第二次加入所述水后的搅拌时间为2~3min。
可选地,所述步骤4)中所述常温下养护的养护时间为12h。
可选地,所述步骤4)中所述CO2环境的CO2体积浓度20±2%,CO2分压为0.01~0.05Mpa;所述步骤4)中所述CO2环境中养护的养护时间为7d~28d。
相对于现有技术,本发明所述的碳激发磷渣砌块具有以下优势:
1、本发明的碳激发磷渣砌块以磷渣颗粒以及磷渣微粉为主要原料,以磷石膏为辅助原料,并掺加适量添加剂,与水拌合形成坯体,而形成的坯体在CO2环境中养护,因磷渣中活性CaO可被CO2激发,使得活性CaO与CO2反应生成强胶凝性能的CaCO3,从而使得本发明的碳激发磷渣砌块具有较高的强度,在本发明中磷渣的利用率可达88%以上,磷石膏的利用率可达8.2%,缓解了缓解我国每年大量磷渣排放所带来的大气和土壤环境,以及磷石膏堆存带来的粉尘、地下水和土壤污染等环境问题,且本发明碳激发磷渣砌块的原料基本上以废弃物为主要组成,一方面,其将废弃物资源合理利用,吸收CO2排放,是一类具有良好使用性能的利废型低碳生态材料,具有宽广的应用前景,另一方面,其可降低砌块的生产成本,具有良好的环保、社会与经济效益。
2、本发明的碳激发磷渣砌块采用工业尾气中的CO2激发磷渣中活性CaO,并与其形成具有强胶凝性能的CaCO3,进而提高本发明碳激发磷渣砌块的强度,可提高工业尾气中的CO2的利用率,进而减轻温室效应,达到保护环境的目的。
3、本发明的碳激发磷渣砌块的制备方法简单、易于工业化生产。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种碳激发磷渣砌块,其具体通过以下步骤制得:
1)将250g磷渣微粉、1100g磷渣颗粒置于搅拌机中搅拌、混合0.5~1min,得到混合料A,其中,磷渣微粉是由粒径为5mm以下的磷渣颗粒经烘干和球磨机粉磨而得,且所得磷渣微粉的粒径≤100μm;磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%;
2)向混合料A中加入35g水(第一次加水),搅拌1~2min,然后,再加入35g水(第二次加水),搅拌2~3min,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将碳激发磷渣砌块坯料置于制砌块模具中成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护12h后,再放入温度为20±2℃、CO2体积浓度为20±2%、CO2分压为0.05MPa的碳化箱或碳化反应釜(CO2环境)中养护7d,即得碳激发磷渣砌块。
实施例2
一种碳激发磷渣砌块,其具体通过以下步骤制得:
1)将225g磷渣微粉、25g磷石膏、1200g磷渣颗粒置于搅拌机中搅拌、混合0.5~1min,得到混合料A,其中,磷渣微粉是由粒径为5mm以下的磷渣颗粒经烘干和球磨机粉磨而得,且所得磷渣微粉的粒径≤100μm;磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%;
2)向混合料A中加入37.5g水(第一次加水),搅拌1~2min,然后,再加入37.5g水(第二次加水),搅拌2~3min,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将碳激发磷渣砌块坯料置于制砌块模具中成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护12h后,再放入温度为20±2℃、CO2体积浓度为20±2%、CO2分压为0.05MPa的碳化箱或碳化反应釜(CO2环境)中养护7d,即得碳激发磷渣砌块。
实施例3
一种碳激发磷渣砌块,其具体通过以下步骤制得:
1)将120.8g磷渣微粉、75g磷石膏、1200g磷渣颗粒、52.5g硅灰和1.7g硫酸钠置于搅拌机中搅拌、混合0.5~1min,得到混合料A,其中,磷渣微粉是由粒径为5mm以下的磷渣颗粒经烘干和球磨机粉磨而得,且所得磷渣微粉的粒径≤100μm;磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%;
2)向混合料A中加入40g水(第一次加水),搅拌1~2min,然后,再加入40g水(第二次加水),搅拌2~3min,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将碳激发磷渣砌块坯料置于制砌块模具中成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护12h后,再放入温度为20±2℃、CO2体积浓度为20±2%、CO2分压为0.05MPa的碳化箱或碳化反应釜(CO2环境)中养护7d,即得碳激发磷渣砌块。
本实施例中,外加剂硅灰和硫酸钠的加入不仅能够填充水泥颗粒间的孔隙,而且可与水泥水化产物生成凝胶体,进而提高本实施例碳激发磷渣砌块的力学性能。
实施例4
一种碳激发磷渣砌块,其具体通过以下步骤制得:
1)将117.5g磷渣微粉、125g磷石膏、1250g磷渣颗粒、1.25g硅灰和6.25g碳酸钠置于搅拌机中搅拌、混合0.5~1min,得到混合料A,其中,磷渣微粉是由粒径为5mm以下的磷渣颗粒经烘干和球磨机粉磨而得,且所得磷渣微粉的粒径≤100μm;磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%;
2)向混合料A中加入45g水(第一次加水),搅拌1~2min,然后,再加入45g水(第二次加水),搅拌2~3min,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将碳激发磷渣砌块坯料置于制砌块模具中成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护12h后,再放入温度为20±2℃、CO2体积浓度为20±2%、CO2分压为0.05MPa的碳化箱或碳化反应釜(CO2环境)中养护28d,即得碳激发磷渣砌块。
本实施例中,外加剂硅灰和碳酸钠的加入,可加快反应速度,提高生产效率。
实施例5
一种碳激发磷渣砌块,其具体通过以下步骤制得:
1)将75g磷渣微粉、175g磷石膏、1250g磷渣颗粒和0.75g碳酸钠置于搅拌机中搅拌、混合0.5~1min,得到混合料A,其中,磷渣微粉是由粒径为5mm以下的磷渣颗粒经烘干和球磨机粉磨而得,且所得磷渣微粉的粒径≤100μm;磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%;
2)向混合料A中加入50g水(第一次加水),搅拌1~2min,然后,再加入50g水(第二次加水),搅拌2~3min,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将碳激发磷渣砌块坯料置于制砌块模具中成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护12h后,再放入温度为20±2℃、CO2体积浓度为20±2%、CO2分压为0.05MPa的碳化箱或碳化反应釜(CO2环境)中养护28d,即得碳激发磷渣砌块。
本实施例中,外加剂碳酸钠的加入,可加快反应速度,提高生产效率。
对实施例1~5的碳激发磷渣砌块的力学性能进行测试,测试结果如表1所示。
表1
由表1可知,实施例1~5的碳激发磷渣砌块具有较高的力学性能,当磷石膏的质量分数为10.9%时,碳激发磷渣砌块的28d强度仍然较高,可达15.1MPa。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳激发磷渣砌块,其特征在于,按质量分数计,所述碳激发磷渣砌块由4.7%~17.6%磷渣微粉、0%~10.9%磷石膏、75.8%~78.7%磷渣颗粒、0~3.6%外加剂和3.0%~6.3%水在CO2环境中制备而成。
2.根据权利要求1所述的碳激发磷渣砌块,其特征在于,所述磷渣微粉的粒径≤100μm。
3.根据权利要求1所述的碳激发磷渣砌块,其特征在于,所述磷渣颗粒中在4.75~0.15mm粒径范围内的颗粒含量≥85%,且所述磷渣颗粒中大于4.75mm的颗粒含量≤5%。
4.根据权利要求1所述的碳激发磷渣砌块,其特征在于,所述添加剂为硅灰、硫酸钠、碳酸钠的一种或多种。
5.制备权利要求1至4中任一项所述的碳激发磷渣砌块的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将所述磷渣微粉、所述磷石膏、所述磷渣颗粒和所述添加剂搅拌、混合,得到混合料A;
2)分两次向所述混合料A中加入所述水,其中,第一次加入所述水和第二次加入所述水后均搅拌,得到碳激发磷渣砌块坯料;
3)将所述碳激发磷渣砌块坯料成型,即得碳激发磷渣砌块生坯;
4)将所述碳激发磷渣砌块生坯在常温下养护后,再放入CO2环境中养护,即得碳激发磷渣砌块。
6.根据权利要求5所述的碳激发磷渣砌块的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中所述搅拌的搅拌时间为0.5~1min。
7.根据权利要求5所述的碳激发磷渣砌块的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中第一次加入所述水后的搅拌时间为1~2min,第二次加入所述水后的搅拌时间为2~3min。
8.根据权利要求5所述的碳激发磷渣砌块的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中所述常温下养护的养护时间为12h。
9.根据权利要求5所述的碳激发磷渣砌块的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中所述CO2环境的CO2体积浓度20±2%,CO2分压为0.01~0.05Mpa;所述步骤4)中所述CO2环境中养护的养护时间为7d~28d。
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