CN109455967A - 一种磷石膏水泥专用助磨剂及其制备方法 - Google Patents

一种磷石膏水泥专用助磨剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种磷石膏水泥专用助磨剂及其制备方法，属于水泥外加剂技术领域。本发明助磨剂是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分10‑30份，水化硅酸钙晶种40‑70份，增稠分散剂0.5‑2份，消泡剂0.1‑0.5份，水20‑40份。本发明使用制备的水化硅酸钙晶种作为诱导水泥水化的物质，缩短水泥水化过程中的诱导期，提高水化反应速度；同时还可以吸附磷石膏中水溶性含磷化合物，从而加快水泥水化，降低磷石膏含磷杂质对于水泥水化的影响。本发明还引入醇胺类助磨组分，各物质协同作用，一定程度上减轻磷石膏杂质所带来的后期强度降低等问题。本发明提供的产品形式是液体，具有使用简单，运输方便等诸多优点。

Description

一种磷石膏水泥专用助磨剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥外加剂技术领域，具体涉及一种磷石膏水泥专用助磨剂及其制备方法。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中的副产物，其主要成分是CaSO4·2H2O及其它一些杂质。一般每生产1t湿法磷酸(以P2O5计)将副产4～4.5t磷石膏。目前，绝大部分磷石膏都未加以综合利用，只是采取遗弃堆置的办法处理，不仅占用土地，污染环境，而且还浪费可再利用的资源。从消纳总量以及对环境影响角度综合考虑，磷石膏制备建筑材料是最适宜的利用方式之一，水泥是目前用量最大且最广泛的大宗建筑材料，磷石膏在水泥生产中大规模利用是首先要考虑的，也将是磷石膏利用的重要途径。
目前制约磷石膏在水泥工业中大量利用的原因主要有两个一是磷石膏中含有的可溶性磷氟等杂质容易导致水泥过度缓凝等一系列问题，二是磷石膏发黏易压结成块堵塞下料仓。后者很容易解决，只需烘干即可大大改善磷石膏的下料稳定性。前者提到的杂质，则会给水泥性能带来一些不利影响。比如，杂质含磷化合物会使水泥凝结时间推后，其中的有机物杂质还会降低水泥强度，影响水泥安定性等等，这些不利影响大大制约了磷石膏在水泥工业中的资源利用。
发明内容
本发明针对磷石膏使用后水泥出现凝结时间延后和水泥强度降低的问题，本发明人提供一种磷石膏水泥专用助磨剂，通过其中的水化硅酸钙吸附固化磷石膏中的杂质，同时通过助磨组分的助磨作用，改善水泥颗粒级配，改善水泥物理强度，解决磷石膏在水泥行业中的应用出现的诸多问题。未达到所述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种磷石膏水泥专用助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分10-30份，水化硅酸钙晶种40-70份，增稠分散剂0.5-2份，消泡剂0.1-0.5份，水20-40份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取5-10份Ca(NO3)2·4H2O溶于10-15份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取4-6份Na2SiO3·9H2O溶于8-12份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入0.5-1份的聚乙烯醇和20-30份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
优选的，所述醇胺类助磨组分为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺、丙三醇中的任意一种；或者为三乙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合；或者为二乙醇单异丙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合；或者为三异丙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合。
优选的，所述三乙醇胺的纯度为85％；所述二乙醇单异丙醇胺的纯度为85％。
优选的，所述三异丙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
优选的，所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
优选的，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
优选的，所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
优选的，所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.1-0.2％。
一种磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
有益效果：
1、本发明提供的产品形式是液体，具有使用效果明显，成本低廉，并且生产简单，运输方便，使用简单等诸多优点。
2、本发明使用根据性能需要制备的水化硅酸钙晶种作为诱导水泥水化的物质，可以在水泥水化初期通过晶种的诱导，引导水泥水化进程，缩短水泥水化过程中的诱导期，通过增加早期晶核数量来提高加速期的水化反应速度。另外水化硅酸钙晶种的引入还可以吸附磷石膏中水溶性含磷化合物从而减轻含磷化合物对于钙离子的捕捉效应，从而加快水泥水化，降低磷石膏含磷杂质对于水泥水化的影响。
3、本发明在磷石膏水泥专用助磨剂中引入醇胺类助磨组分，可以通过助磨组分间的协同作用，调节水泥的颗粒级配实现颗粒级配优化，并且结合醇胺类物质对水泥水化的促进作用，提高水泥的早后期强度，特别是后期强度的提高，可以一定程度上减轻磷石膏杂质所带来的后期强度降低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种磷石膏水泥专用助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分10份，水化硅酸钙晶种40份，增稠分散剂0.5份，消泡剂0.1份，水20份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取5份Ca(NO3)2·4H2O溶于10份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取4份Na2SiO3·9H2O溶于8份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入0.5份的聚乙烯醇和20份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
所述醇胺类助磨组分为三乙醇胺和丙三醇按照质量比1:1混合。
所述三乙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.2％。
一种磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
实施例2
一种磷石膏水泥专用助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分20份，水化硅酸钙晶种50份，增稠分散剂0.5份，消泡剂0.1份，水30份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取8份Ca(NO3)2·4H2O溶于12份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取5份Na2SiO3·9H2O溶于10份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入0.8份的聚乙烯醇和25份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
所述醇胺类助磨组分为二乙醇单异丙醇胺和丙三醇按照质量比1：1混合。
所述二乙醇单异丙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.2％。
一种磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
实施例3
一种磷石膏水泥专用助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分30份，水化硅酸钙晶种70份，增稠分散剂2份，消泡剂0.5份，水40份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取10份Ca(NO3)2·4H2O溶于15份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取6份Na2SiO3·9H2O溶于12份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入1份的聚乙烯醇和30份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
所述醇胺类助磨组分为三异丙醇胺和丙三醇按照质量比2:1混合。
所述三异丙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.2％。
一种磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
对比例1
一种水泥助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分30份，增稠分散剂2份，消泡剂0.5份，水40份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
所述醇胺类助磨组分为三异丙醇胺和丙三醇按照质量比2:1混合。
所述三异丙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.1-0.2％。
一种水泥助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到水泥助磨剂。
本对比例助磨剂配方和制备方法除不含水化硅酸钙晶种的添加和制备外，其余部分同实施例3。
对比例2
一种水泥助磨剂，是由以下重量份的原料制备而成：水化硅酸钙晶种70份，增稠分散剂2份，消泡剂0.5份，水40份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取10份Ca(NO3)2·4H2O溶于15份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取6份Na2SiO3·9H2O溶于12份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入1份的聚乙烯醇和30份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
本发明所述磷石膏水泥专用助磨剂，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.1-0.2％。
一种磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
本对比例助磨剂配方和制备方法除不含醇胺类助磨组分的添加外，其余部分同实施例3。
性能测试
为进一步验证试验效果，发明人进行了助磨剂使用效果测试。
水泥物料配比：选择熟料80％，炉渣5％，粉煤灰5％，磷石膏5％和石灰石5％。分四个试验组，每个试验组称取5Kg水泥物料，分别按配比加入实施例1-3与空白实验做对比。其中实施例1-3和空白对比样所用磷石膏为未经任何处理的，水洗磷石膏为经过水洗，已经去处水溶性杂质的磷石膏。分别加入Φ500×500mm水泥实验小磨，粉磨20分钟，然后将磨制的水泥按照国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法检验水泥强度，按照国家标准GB/T1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法对水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性进行检测。
表1性能测试结果
从表格数据可以看出，使用本发明实施例1-3的磷石膏水泥专用助磨剂，3d和28d强度都较空白对比样和水洗磷石膏对比样要高3-6Mpa，凝结时间较空白对比样提前50min左右，与水洗磷石膏对比样相近，实施例1-3有效的缓解了磷石膏对于水泥的缓凝作用和强度降低。另外由于磷石膏中杂质含量较高导致的安定性不合格，实施例1-3由于磷石膏水泥专用助磨剂的使用也得到了解决。而不添加有水化硅酸钙晶种的对比例1，其缺少了对含磷化合物具有吸附净化功能的有效成分，其水泥各项性能指标均有所下降。添加了水化硅酸钙晶种的对比例2，其水泥的安定性明显提升，但是没有了醇胺类助磨组分的辅助，水泥各项性能指标也远不如实施例。可见，本发明各原料之间，特别是水化硅酸钙晶种和醇胺类助磨组分，其具有一定的协同增效作用，使得本发明磷石膏水泥专用助磨剂能够有效的解决未处理磷石膏使用引起的水泥性能的诸多问题，以得到符合要求的磷石膏水泥。
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，是由以下重量份的原料制备而成：醇胺类助磨组分10-30份，水化硅酸钙晶种40-70份，增稠分散剂0.5-2份，消泡剂0.1-0.5份，水20-40份；所述水化硅酸钙晶种通过以下步骤制得：
(1)配置A溶液：称取5-10份Ca(NO3)2·4H2O溶于10-15份去离子水中，搅拌溶解制成A溶液；
(2)配置B溶液：称取4-6份Na2SiO3·9H2O溶于8-12份去离子水中，搅拌制成B溶液；
(3)在高速搅拌釜中加入0.5-1份的聚乙烯醇和20-30份去离子水，搅拌溶解，将温度控制在20℃，同时向搅拌釜内滴加A溶液和B溶液，保持恒温20℃，搅拌2小时；
(4)测量反应液PH值，并用1mol/LNaOH溶液调节PH值为7，得水化硅酸钙晶种。
2.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述醇胺类助磨组分为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺、丙三醇中的任意一种；或者为三乙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合；或者为二乙醇单异丙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合；或者为三异丙醇胺和丙三醇按照质量比1-2:1混合。
3.根据权利要求2所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述三乙醇胺的纯度为85％。
4.根据权利要求2所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述二乙醇单异丙醇胺的纯度为85％。
5.根据权利要求2所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述三异丙醇胺的纯度为85％；所述丙三醇的纯度为90％。
6.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述增稠分散剂为聚乙二醇4000。
7.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
8.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述Ca(NO3)2·4H2O和Na2SiO3·9H2O纯度均为99％。
9.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，所述聚乙烯醇为醇解度87-89％，平均分子量16000-20000。
10.根据权利要求1所述磷石膏水泥专用助磨剂，其特征在于，使用时，助磨剂掺量为水泥重量0.1-0.2％。
11.一种权利要求1-10任意一项磷石膏水泥专用助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将醇胺类助磨组分、增稠分散剂和水加入搅拌釜，搅拌均匀；
(2)再将搅拌釜中加入水化硅酸钙晶种，快速搅拌均匀之后，加入消泡剂继续搅拌30分钟；
(3)将步骤(2)中得到的物料通过100目网布过滤，得到磷石膏水泥专用助磨剂。
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