CN110228958B - 一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂 - Google Patents

一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂，包括半水磷石膏、高钙质脱硫炉渣微粉，将100份质量半水磷石膏与2.5～15份质量干基高钙质脱硫炉渣微粉混合均、陈化3～7天，使半水磷石膏在碱性条件下转晶为二水石膏，代替天然石膏作为水泥缓凝剂。本发明工艺流程简单、适应性好，改性后的水泥缓凝剂性质稳定、流动性好，所有原料均为工业固体废物可以达到“以废制废、变废为宝”的目的，对提升企业的经济效益走绿色可持续发展的道路具有深远的意义。

Description

一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂
技术领域
本发明属工业固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂。
背景技术
半水磷石膏是半水湿法磷酸生产过程中的固体废弃物，每生产1吨P2O5将排放约4.5吨半水石膏，不仅占用大量的土地，若处置不当不仅污染环境，还极大的制约企业的发展。近年来，从中央到地方已把磷石膏堆放污染问题作为重点整治对象，对磷石膏绿色发展和环境保护提出了更加严厉的要求。磷石膏综合利用的重要性已被提高到前所未有的高度，关系到磷肥企业的生存与发展，磷石膏走绿色发展之路已成为必然。
沸腾炉渣是沸腾炉燃烧后排出的废渣，是工业固体废物的一种。由于沸腾炉所用燃料灰分高，废渣产生量大、容量轻、粉状物含量多，对环境的污染较普通炉渣严重。如何合理及时地综合利用沸腾炉渣，使其变废为宝，化害为利，不仅能提升企业经济效益，在提升企业社会效益和环境效益方面还有更加深远的意义。
与天然石膏相比，半水磷石膏纯度高、排放量大，但综合利用率低，且与天然石膏化学组分及结构不同。高钙质沸腾炉渣化学成分稳定，主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO及硫酸钙。本发明用高钙质沸腾炉渣微粉改性半水磷石膏，不仅可以获得性质稳定的水泥缓凝剂，还能提高水泥强度、物理性能和耐腐蚀性能，到达了“以废制废、变废为宝”的目的，在提高企业经济效益的同时，对保护环境和固体废弃物综合利用方面还具有更为深远的意义。
发明内容
本发明的目的在于解决工业固体废弃物半水磷石膏及高钙质沸腾炉渣的综合利用问题，提供了一种利用高钙质沸腾炉渣改性半水磷石膏基水泥缓凝剂及其制备方法。本发明充分利用两种工业废弃物的性质，以废制废、变废为宝，提高企业的经济效益，对环境保护更有深远的意义。
本发明通过以下步骤得以实现：
一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂，包括半水磷石膏、高钙质脱硫炉渣微粉，将100g半水磷石膏与2.5g～15g干基高钙质脱硫炉渣微粉混合均，使混合物呈碱性，陈化3～7天；
其中：所述的半水磷石膏为半水湿法磷酸工业固体废弃物；
所述半水磷石膏水溶性五氧化二磷质量分数小于3％，水溶性氟小于1％,附着水质量分数18％～30％，结晶水质量分数5％～10％；
所述高钙质脱硫炉渣微粉，其特征在于沸腾炉采用炉内脱硫技术脱硫后排出的固体废弃物，烘干后球磨至100％-100目，添加的干基高钙质脱硫炉渣微粉优选8g～12g。
所述混合物呈碱性，其特征在于pH＞12。
所述的高钙质脱硫炉渣微粉，其特征在于高钙质脱硫炉渣微粉的氧化钙质量分数为28％～60％，优选40％～50％。
所述的高钙质脱硫炉渣微粉，其特征在于加入的脱硫剂为碳酸钙石。
所述的高钙质脱硫炉渣微粉，其特征在于脱硫过程中加入过量的碳酸钙石。
所述改性后的水泥缓凝剂：附着水质量分数为7％～10％，二水硫酸钙(干基)质量分数大于85％，水溶性五氧化二磷质量分数为0.00％～0.08％，水溶性氟质量分数为0.00～0.07％，pH为7～9。
本发明的原理是：沸腾炉炉内脱硫过程中加入过量的碳酸钙石，碳酸钙石在沸腾炉高温作用下分解为CaO和CO2，一部分CaO与燃煤燃烧释放出来的SO2反应达到脱出燃煤烟气中SO2的作用，将烟气中的SO2充分脱出；剩余的CaO与炉渣一起排出。半水磷石膏化学组分及结构与天然石膏有所不同，且还存在0.3％～3％不等的水溶性五氧化二磷、1％左右的水溶性氟等有害杂质。将高钙质脱硫炉渣经粉磨后与半水石膏混合均匀，在pH＞12时高钙质脱硫炉渣微粉中的CaO可以和石膏中的水溶性五氧化二磷及水溶性氟等危害物反应生成不溶的惰性物质固化在石膏中，而半水石膏在碱性条件下会自然转化为二水石膏，成为具有调凝作用的水泥缓凝剂。化学反应方程式如下：
Figure BDA0002111699680000031
Figure BDA0002111699680000032
CaO+H2O＝Ca(OH)2
当pH＞12时
Ca(OH)2+H3PO4＝Ca3(PO4)2
Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O
Ca(OH)2+H2SiF6＝CaSiF6+2H2O
Figure BDA0002111699680000033
本发明的有益效果在于：
1、所使用的原料均为工业固体废弃物，“以废制废，变废为宝”。
2、工艺流程短、设备简单，易于实现工业化和自动化。
3、高钙质炉渣微粉中含有部分矿物及玻璃体，在改性半水磷石膏的同时对提高水泥强度、物理性能及耐腐蚀性能有益。
4、高钙质脱硫炉渣微粉具有很好的分散性，改性后水泥缓凝剂具有很好的流动性无需造粒和干燥即可获得性质稳定的产品。
附图说明
图1是本发明实施例中工艺流程示意图；
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明的实质特性和优势做进一步的说明。
实施例一
取10Kg新鲜半水磷石膏初始pH3.04，加入300g高钙质脱硫炉渣微粉，炉渣微粉主要成分质量百分数CaO 47.20％、SiO228.72％、Al2O316.08％、Fe2O32.35％、MgO 0.37％，在桶内混合均匀，pH12.31，熟化4天即可。按熟料质量5％加入水泥熟料中，按GB/T 1346-2011所述方法测得需水量25.3％，初凝时间158min，终凝183min。
实施例一样品指标
Figure BDA0002111699680000041
实施例二
取10Kg新鲜半水磷石膏初始pH 1.97，加入1150g高钙质脱硫炉渣微粉，炉渣微粉主要成分质量百分数CaO 38.34％、SiO2 31.33％、Al2O3 17.55％、Fe2O3 2.57％、MgO0.40％，在桶内混合均匀，pH11.81，熟化5天即可。按熟料质量5％加入水泥熟料中，按GB/T1346-2011所述方法测得需水量26.2％，初凝时间167min，终凝264min。
实施例二样品指标
Figure BDA0002111699680000051
实施例三
取10Kg新鲜半水磷石膏初始pH2.26，加入550g高钙质脱硫炉渣微粉，炉渣微粉主要成分质量百分数CaO 42.55％、SiO2 27.42％、Al2O3 16.20％、Fe2O3 2.18％、MgO 0.37％，在桶内混合均匀，pH12.61，熟化5天即可。按熟料质量5％加入水泥熟料中，按GB/T 1346-2011所述方法测得需水量27.3％，初凝时间117min，终凝281min。
实施例三样品指标
Figure BDA0002111699680000052
实施例四
向过滤100t/h湿基半水磷石膏的带滤机出口，按5t/h匀速加入高钙质脱硫炉渣微粉,通过皮运机出口的混合作用将高钙质脱硫炉渣微粉均匀混入半水磷石膏中，铲车装车后运至磷石膏堆场熟化7天。炉渣微粉主要成分质量百分数CaO 47.20％、SiO2 28.72％、Al2O3 16.08％、Fe2O3 2.35％、MgO 0.37％，改性前半水磷石膏pH 2.48，皮运机出口与生石灰粉混合均匀的磷石膏pH 12.17。按熟料质量5％加入水泥熟料中，按GB/T 1346-2011所述方法测得需水量23.7％，初凝时间173min，终凝247min。
实施例四样品指标
Figure BDA0002111699680000061
实施例五
将陈化5天的半水石膏100吨与按3.5吨高钙质脱硫炉渣微粉用铲车混合均匀后熟化7天。炉渣微粉主要成分质量百分数CaO 33.99％、SiO2 35.90％、Al2O3 20.10％、Fe2O32.68％、MgO 0.39％，改性前半水磷石膏pH 2.48，皮运机出口与生石灰粉混合均匀的磷石膏pH 12.51。按熟料质量5％加入水泥熟料中，按GB/T 1346-2011所述方法测得需水量24.3％，初凝时间165min，终凝281min。
实施例五样品指标
Figure BDA0002111699680000062

Claims (2)

1.一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂，其特征在于，包括半水磷石膏、高钙质脱硫炉渣微粉，将100g半水磷石膏与2.5g~15g干基高钙质脱硫炉渣微粉混合均匀，使混合物呈碱性，陈化3~7天；
其中：所述的半水磷石膏为半水湿法磷酸工业固体废弃物；
所述半水磷石膏中水溶性五氧化二磷质量分数小于3%，水溶性氟小于1%,附着水质量分数为18%~30%，结晶水质量分数为5%~10%；
所述高钙质脱硫炉渣微粉，其特征在于沸腾炉采用炉内脱硫技术脱硫后排出的固体废弃物，烘干后粉磨至100%-100目；
所述混合物呈碱性，其特征在于pH＞12；
高钙质脱硫炉渣微粉的氧化钙质量分数为28%~60%；
脱硫过程中加入的脱硫剂为过量的碳酸钙石。
2.根据权利要求1所述的一种高钙质炉渣微粉改性半水磷石膏基水泥缓凝剂，其特征在于，所述水泥缓凝剂：附着水质量分数为7%~10%，干基的二水硫酸钙质量分数大于85%，水溶性五氧化二磷质量分数为0.00%~0.08%，水溶性氟质量分数为0.00~0.07%，pH为 8~11。
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