CN110156423A - 一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法 - Google Patents

一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：1）半水磷石膏预处理：将半水磷石膏煅烧，然后粉磨过100‑180目，筛余≤5%，得A品；2）相变材料的制备：将石蜡加热融化，分别加入铁粉、封装材料、表面活性剂，搅拌均匀，得B品；3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入α高强石膏、骨料、石灰、保水剂、增稠剂、减水剂和缓凝剂，搅拌混匀，加水配制即可得到半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。本发明将半水磷石膏进行利用，变废为宝，且制备的储能自流平砂浆具有使用时不会出现漂浮分层、储能密度均匀，储能效果好的特点。

Description

一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自流平砂浆的制备方法，特别是一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法。
背景技术
磷石膏是磷化工企业采用硫酸分解磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为二水硫酸钙。目前磷石膏的堆存量已超过3亿吨，但是磷石膏实际利用率仅有30%。大量堆积的磷石膏不仅占用土地，还污染周边环境，严重威胁着我们的生态环境。因此，将工业副产磷石膏资源化利用就显得非常重要。
潜热储能作为一种能量管理技术，它能很好地解决能量供给在时间及空间上的不匹配，广泛的应用于工业余热回收，太阳能利用以及建筑节能。磷石膏是一种潜在的建筑石膏材料，可制作成石膏板、石膏砌块以及石膏砂浆等。目前，将二水磷石膏用于制备复合相变材料的方法主要。目前，将二水磷石膏用于制备复合相变材料的方法主要分为两种：一种是将二水磷石膏通过高温炒制成磷建筑石膏，然后将磷建筑石膏粉加水成型后，烘干，或引入发泡剂形成多孔石膏板，再将相变材料通过加热熔融，采用浸渍法将相变材料吸附到石膏板中。该制备技术存在长时间反复加热后，相变材料溶液渗漏等缺陷，同时，该石膏板储能密度完全取决于成型石膏板的孔隙率。然而，高孔隙率的石膏板强度差，又面临相变材料与基体材料粘附不紧密，从而导致易脱落的缺陷。还有就是先将相变材料与载体材料进行简单的机械复合，如混磨，浸渍吸附等方法，再将负载的相变材料与建筑石膏粉混合，然后加水搅拌成型。这带来的问题是载体材料为多孔材料密度小，与相变材料复合后，密度较轻，当它与建筑石膏浆混合搅拌时，易出现漂浮分层，导致储能密度不均匀。另一种方法是直接采用磷石膏为原料，通过添加粉煤灰，水泥等水泥，再与相变材料混合制成。其原理是磷石膏主要起惰性填料作用，仅有少量参与粉煤灰或磷渣等具有潜在活性废渣的水化反应，硬化体强度主要还是水泥或其他废渣提供的。
以上探索推动了磷石膏在相变储能材料领域的应用，但上述技术都是以二水磷石膏(CaSO4·2H2O)为原料开展的研究。一是采用高温炒制将二水磷石膏转化成半水磷石膏粉，然后与相变材料混合；二是直接采用磷石膏为原料，通过添加工业废弃物，水泥等，再与相变材料混合制成。磷石膏主要起惰性填料作用。因此，上述方法磷石膏利用率低，凝结时间慢，早期强度低，不能满足石膏基自流平砂浆的技术要求。
半水磷石膏是半水法磷酸工艺副产的磷石膏，其主要成份为a-CaSO4·0.5H2O，它不同于二水法湿法磷酸排放的磷石膏（CaSO4·2H2O）。由于半水磷石膏所用磷酸浓度高，酸解固含量大，导致其结晶环境远差二水磷石膏。因此，半水磷石膏受到结晶形态、磷、氟和有机物等杂质的影响，它不像建筑石膏粉一样具有胶凝性能，需要预处理改性，才能形成较好的胶凝强度。同时，有机相变材料与石膏浆混合搅拌时，易出现漂浮分层，导致储能密度不均匀的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法。本发明将半水磷石膏进行利用，变废为宝，且制备的储能自流平砂浆具有使用时不会出现漂浮分层、储能密度均匀，储能效果好的特点。
本发明的技术方案：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
1）半水磷石膏预处理：将半水磷石膏在400-600℃煅烧0.5-1.5h，然后粉磨过80-180目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将石蜡加热融化，分别加入铁粉、封装材料、表面活性剂，搅拌均匀，得B品；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入α高强石膏、骨料、石灰、保水剂、增稠剂、减水剂和缓凝剂，搅拌混匀，加水配制即可得到地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆中按重量份计，包括有半水磷石膏30-50份、α高强石膏10-30份、骨料5-30份、石灰1-3份、石蜡10-30份、封装材料1-15份、铁粉0.1-1份、保水剂0.001-0.03份、增稠剂0.001-0.03份、减水剂0.001-0.03份和缓凝剂0.001-0.03份；所述表面活性剂占B品总质量的0.1-3%。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸副产物的半水磷石膏，游离水含量为15-25％，结晶水含量为5-8％。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述石灰的有效CaO≥50%。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述封装材料是指膨胀石墨、膨胀珍珠岩和硅藻土中的一种或几种的任意比混合。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述α高强石膏的强度等级为α30、α40或α50（按技术标准JC/T 2038-2010）中的一种或几种强度的任意比混合。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述骨料为石英砂、山砂或河砂中的一种或几种的任意比混合。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵或淀粉中的一种或几种的任意比混合；所述增稠剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素中的一种或几种的任意比混合；所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类或聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或几种的任意比混合；所述缓凝剂为柠檬酸及其盐、酒石酸及其盐、葡萄糖酸盐中的一种或几种的任意比混合。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述表面活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸钠中的一种或几种的任意比混合。
前述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，所述半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的固含量为40-60％，料浆流动度为140-150cm。
一种前述的方法制备的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
本发明的有益效果
本发明通过先将半水磷石膏煅烧处理，改性成无水石膏相，同时，去除磷、氟、及有机物等有害杂质，然后制作成自流平砂浆，使半水磷石膏变废为宝。同时，利用了无水石膏相水化硬化速度慢，有利于砂浆硬化体后期强度的增长；另外，本发明通过在相变材料中添加铁粉，增加相变材料的密度，防止与浆体在流动过程中出现离析分层的现象，从而提高了砂浆储能密度的均匀性。封装材料的加入则可以将石蜡封住，避免石蜡溢出，提高了储能效果，而且可有效防止石蜡恶化无水石膏及α高强石膏的水化性能。最后，本发明通过在相变材料中添加表面活性剂，大大提高了储能相变材料的亲水性，进一步避免了砂浆中相变材料与无水石膏及α高强石膏离析分层，提高了储能密度的均匀性。
本发明的自流平砂浆是根据执行标准JC/T 1023-2007 《石膏基自流平砂浆》的要求进行的设计，各项性能能够达到标准的要求，而与本申请同日申请的专利半水磷石膏水泥基相变储能自流平砂浆的制备方法所制得的自流平砂浆相比，主要区别在于：半水磷石膏水泥基自流平砂浆中原料半水磷石膏仅需烘干脱出游离水分，仍以半水石膏相为主。自流平砂浆水化硬化原理是利用半水磷石膏快速水化硬化，提供早期强度，同时，半水磷石膏水化成二水石膏，在硬化体中既用作骨架，又能与水泥发生水化反应生成硫铝酸盐强度矿物，从而进一步提高硬化体的后期强度。
半水磷石膏石膏基自流平砂浆中原料半水磷石膏需煅烧脱出游离水分及结晶水。自流平砂浆水化硬化原理是利用α型高强石膏快速水化硬化，提供早期强度。半水磷石膏生成的无水石膏相则缓慢水化成二水石膏，这些二水石膏在硬化体中相互搭接并充填在硬化体的孔隙中，进一步提高硬化体后期强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，步骤如下：
1）半水磷石膏预处理：将40KG半水磷石膏（游离水含量为20％，结晶水含量为7％）在500℃煅烧1h，然后粉磨过140目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将20KG石蜡加热融化，分别加入0.5KG铁粉、2.5KG膨胀石墨和聚乙二醇，搅拌均匀，得B品，聚乙二醇占B品总质量的1.5%；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入15KGα高强石膏（α40）、5KG石英砂、2KG石灰（有效CaO≥50%）、0.02KG聚丙烯酰胺、0.02KG甲基纤维素、0.02KG木质素磺酸盐类减水剂类和0.02KG柠檬酸缓凝剂，搅拌混匀，加水配制成固含量为50％，料浆流动度为140cm的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
砂浆性能如下：30 min流动度损失1 mm，初凝时间1.3 h，终凝时间4.8 h，24 h抗折强度3.2 MPa，24 h抗压强度6.8 MPa，绝干抗折强度8.7 MPa, 绝干抗压强度28.9 MPa，收缩率0.03%，储热焓38.12kJ/kg。
实施例2：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，步骤如下：
1）半水磷石膏预处理：将30KG半水磷石膏（游离水含量为15％，结晶水含量为6％）在400℃煅烧0.5h，然后粉磨过80目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将10KG石蜡加热融化，分别加入0.1KG铁粉、6KG膨胀珍珠岩和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，得B品，十二烷基硫酸钠占B品总质量的0.1%；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入10KGα高强石膏（α40）、20KG山砂、1KG石灰（有效CaO≥50%）、0.001KG聚丙烯酸钠、0.001KG羟丙基甲基纤维素、0.001KG萘系高效减水剂类和0.001KG柠檬酸缓凝剂，搅拌混匀，加水配制成固含量为40％，料浆流动度为145cm的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
砂浆性能如下：30 min流动度损失2 mm，初凝时间1.5 h，终凝时间5.5 h，24 h抗折强度3.7 MPa，24 h抗压强度7.5 MPa，绝干抗折强度9.7 MPa, 绝干抗压强度32.3 MPa，收缩率0.02%，储热焓21.98 kJ/kg。
实施例3：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，步骤如下：
1）半水磷石膏预处理：将50KG半水磷石膏（游离水含量为25％，结晶水含量为8％）在600℃煅烧1.5h，然后粉磨过180目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将30KG石蜡加热融化，分别加入1KG铁粉、15KG硅藻土和硬脂酸钠，搅拌均匀，得B品，硬脂酸钠占B品总质量的3%；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入20KGα高强石膏（α50）、30KG河砂、3KG石灰（有效CaO≥50%）、0.03KG淀粉、0.03KG羟乙基纤维素、0.03KG聚羧酸盐系高效减水剂类和0.03KG柠檬酸缓凝剂，搅拌混匀，加水配制成固含量为60％，料浆流动度为145cm的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
砂浆性能如下：30 min流动度损失2 mm，初凝时间1.3 h，终凝时间4.8 h，24 h抗折强度3.2 MPa，24 h抗压强度6.8 MPa，绝干抗折强度8.1 MPa, 绝干抗压强度27.6 MPa，收缩率0.03%，储热焓33.46 kJ/kg。
实施例4：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，步骤如下：
1）半水磷石膏预处理：将35KG半水磷石膏（游离水含量为18％，结晶水含量为6.5％）在450℃煅烧0.8h，然后粉磨过120目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将15KG石蜡加热融化，分别加入0.3KG铁粉、1KG膨胀石墨和十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，得B品，十二烷基苯磺酸钠占B品总质量的1%；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入15KGα高强石膏（α50）、22KG石英砂和河砂的1:1混合物、1.5KG石灰（有效CaO≥50%）、0.01KG聚丙烯酰胺和淀粉的1:1混合物、0.01KG甲基纤维素和羟乙基纤维素的1:1混合物、0.01KG三聚氰胺系高效减水剂类和缓凝剂0.01份，搅拌混匀，加水配制成固含量为45％，料浆流动度为150cm的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
砂浆性能如下：30 min流动度损失1 mm，初凝时间1.6h，终凝时间5.2 h，24 h抗折强度3.8 MPa，24 h抗压强度7.2 MPa，绝干抗折强度8.7 MPa, 绝干抗压强度31.5 MPa，收缩率0.02%，储热焓26.78 kJ/kg。
实施例5：一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，步骤如下：
1）半水磷石膏预处理：将45KG半水磷石膏（游离水含量为22％，结晶水含量为7.5％）在550℃煅烧1.3h，然后粉磨过160目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将25KG石蜡加热融化，分别加入0.8KG铁粉、3KG膨胀石墨、4KG硅藻土和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，得B品，十二烷基硫酸钠占B品总质量的2%；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入30KGα高强石膏（α40）、28KG山砂、2.5KG石灰（有效CaO≥50%）、0.02KG聚丙烯酸钾、0.02KG羧甲基纤维素钠、0.02KG氨基磺酸盐系高效减水剂类和缓凝剂0.025份，搅拌混匀，加水配制成固含量为55％，料浆流动度为143cm的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
砂浆性能如下：30 min流动度损失2 mm，初凝时间1.2 h，终凝时间5.5 h，24 h抗折强度3.2 MPa，24 h抗压强度7.1 MPa，绝干抗折强度8.2 MPa, 绝干抗压强度29.7 MPa，收缩率0.03%，储热焓50.16 kJ/kg。

Claims (10)

1.一种半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）半水磷石膏预处理：将半水磷石膏在400-600℃煅烧0.5-1.5h，然后粉磨过80-180目，筛余≤5%，得A品；
2）相变材料的制备：将石蜡加热融化，分别加入铁粉、封装材料、表面活性剂，搅拌均匀，得B品；
3）自流平砂浆的制备：将A品与B品混合，再加入α高强石膏、骨料、石灰、保水剂、增稠剂、减水剂和缓凝剂，搅拌混匀，加水配制即可得到地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
2.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆中按重量份计，包括有半水磷石膏30-50份、α高强石膏10-30份、骨料5-30份、石灰1-3份、石蜡10-30份、封装材料1-15份、铁粉0.1-1份、保水剂0.001-0.03份、增稠剂0.001-0.03份、减水剂0.001-0.03份和缓凝剂0.001-0.03份；所述表面活性剂占B品总质量的0.1-3%。
3.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸副产物的半水磷石膏，游离水含量为15-25％，结晶水含量为5-8％；所述石灰的有效CaO≥50%。
4.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述封装材料是指膨胀石墨、膨胀珍珠岩和硅藻土中的一种或几种的任意比混合。
5.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述α高强石膏的强度等级为α30、α40或α50中的一种或几种强度的任意比混合。
6.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述骨料为石英砂、山砂或河砂中的一种或几种的任意比混合。
7.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵或淀粉中的一种或几种的任意比混合；所述增稠剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素中的一种或几种的任意比混合；所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类或聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或几种的任意比混合；所述缓凝剂为柠檬酸及其盐、酒石酸及其盐、葡萄糖酸盐中的一种或几种的任意比混合。
8.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸钠中的一种或几种的任意比混合。
9.根据权利要求1所述的半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的制备方法，其特征在于：所述半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆的固含量为40-60％，料浆流动度为140-150cm。
10.一种权利要求1-9任一项所述的方法制备的地面用半水磷石膏石膏基相变储能自流平砂浆。
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