CN112440368A - 一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域，尤其涉及一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，该方法主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；向半水磷石膏中掺加一定量的水，搅拌均匀后，将搅拌物压制成石膏面板；制备发泡半水磷石膏浆；将两块石膏面板相对间隔竖立，在两块石膏面板之间浇注满发泡半水磷石膏浆；待发泡半水磷石膏浆凝固后，再经自然干燥，即得到表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的高强轻质石膏砌块。本发明所述制备方法不需要使用模具成型，不需要等待石膏浆体凝固并产生强度后再进行卸模操作，生产连续性得到提高，且所制得的石膏砌块表层结构致密、机械强度高，而整体密度小，属于高强轻质墙体材料。

Description

一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域，尤其涉及一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法。
背景技术
磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的一种大宗固体废弃物。通常采用露天堆存方式处置，存在侵占土地资源、污染土壤和水体等生态环境问题，是制约我国磷化工行业发展的重要问题。解决磷石膏问题的最佳途径是推动磷石膏的资源化。其中，利用磷石膏生产石膏砌块是一项有效途径，可以大量消纳磷石膏，实现其资源化，解决其生态环境污染问题。
石膏砌块是一类用于砌筑墙体的建筑材料。通常生产工艺是以建筑石膏粉为主要原材料，经加水和添加剂、搅拌制浆、浇注成型和干燥制成的建筑石膏制品。石膏砌块整体上可分为两类，一类是高密度石膏砌块，尽管其机械强度较高，但密度大，不符合当前要求使用轻质墙体材料的趋势；另一类是低密度石膏砌块，即轻质石膏砌块，结构疏松，机械强度较低，无法用于砌筑高强度墙体，且砌筑的墙体无法挂装其他装修材料和生活物品。当然，对于轻质石膏砌块，可以通过掺加增强剂、纤维等方式，来提高产品的机械强度，但生产成本将大幅提高。可见，不使用增强材料，直接生产出强度高但密度小的高强轻质石膏砌块，是石膏砌块的研发趋势。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法。
一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；向半水磷石膏中掺加一定量的水，搅拌均匀后，将搅拌物压制成石膏面板；制备发泡半水磷石膏浆；将两块石膏面板相对间隔竖立，在两块石膏面板之间浇注满发泡半水磷石膏浆；待发泡半水磷石膏浆凝固后，再经自然干燥，即得到高强轻质石膏砌块。
进一步地，其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并搅拌均匀后，得到搅拌物，将搅拌物压制成型为石膏面板；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、发泡剂、稳泡剂以质量比为100:0.5～1.2:0.1～0.2进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:70～120进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，向两块石膏面板之间浇注满S3制得的发泡半水磷石膏浆，静置、凝固，得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块进行自然干燥后，即得到高强轻质石膏砌块。
进一步地，S1中所述磷石膏为含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏。
进一步地，S1中磷石膏干燥脱水的温度条件为150～180℃。
进一步地，S2中搅拌物压制成型的压力条件为5～25MPa。
进一步地，S2中石膏面板的厚度为6～20mm。
进一步地，S4中两块石膏面板的间距为40～220mm。
一种如上述方法制得的高强轻质石膏砌块，其特征在于，其由从外向内的第一致密石膏层、疏松石膏层和第二致密石膏层组成。
进一步地，所述第一致密石膏层和所述第二致密石膏层的厚度均为6～20mm，所述疏松石膏层的厚度为40～220mm。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其具有以下有益效果：
(1)保温隔热性能好。本发明制得的石膏砌块产品中间层是经过发泡的石膏浆的浇注凝结体，含有大量的闭口气孔，包裹着不流通的空气，具有多孔保温材料的保温隔热效果；而表层是压制的致密层，对中间的多孔层有很好的保护作用，二者共同形成了保温隔热结构，因此，所制得的产品是一种轻质保温隔热墙体材料；
(2)产品表层强度高。现有的表里结构一致的轻质石膏砌块，结构较为疏松，机械强度低，构筑的墙体难以直接挂装其他建筑装饰材料或生活物品；而本发明制得的高强轻质石膏砌块产品，表层是致密、高强石膏层，可以钻孔并安装螺栓、挂钩等，可以在其表面挂装其他装饰材料，或挂生活物品；
(3)不需要使用增强材料即可生产出高强度轻质石膏砌块。现有的低密度石膏砌块即轻质石膏砌块，可以通过掺加增强剂、纤维等方式，获得强度高的轻质石膏砌块，但增强剂、纤维等原材料的成本高，增加了这类石膏砌块的总生产成本；本发明制备高强轻质石膏砌块的方法不需要掺加增强材料，而是通过生产工艺和产品结构制式的改进，生产出高强轻质的石膏砌块，可以有效降低高强轻质石膏砌块的生产成本；
(4)整体密度小，属于轻质墙体材料。现有的高密度石膏砌块的密度一般高于1.1t/m3，尽管其产品的机械强度较高，但密度大、重量重，不适应当前普遍使用轻质墙体材料的需求。而本发明制得的高强轻质石膏砌块产品，其为表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的结构，石膏砌块的整体密度小，可小于0.7t/m3，远低于高密度石膏砌块，属于轻质墙体材料，符合墙体材料的发展趋势和使用需求；
(5)表面平整光洁，可作为免抹灰墙体材料。现有的低密度石膏砌块，结构疏松，表层呈多孔状，通常需要经过抹灰后，才能进行粉刷，形成平整、光洁的墙面；而本发明所制得的高强轻质石膏砌块产品，表面是致密、平整、光洁的压制石膏层，用其构筑的墙体，在用砂浆抹平砌块之间的缝隙后，即可进行粉刷，不需要对墙体表面进行全面抹灰，因此，可以节省抹灰工期，降低抹灰成本，并加快墙体建设施工速度；
(6)可制备免粉刷石膏砌块。由于本发明所制得的高强轻质石膏砌块产品表层结构致密、表面平整光洁，可以在工厂内对石膏砌块表面进行喷涂着色，在墙体构建施工时，仅需对砌块缝隙进行填缝或勾缝，即可形成白色或其他颜色的墙面，不需要施工现场抹灰和粉刷；
(7)便于防水处理。本发明所制得的高强轻质石膏砌块产品表层结构致密，水不易浸入，本身的防水性能较好；而且，由于产品表层结构致密、表面平整光洁，采用表面喷涂少量防水剂的方式，就可以经济、方便地制备出防水石膏砌块。
附图说明
图1是本发明所述一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的生产工艺的流程图。
图2是本发明的一种利用磷石膏制备的高强轻质石膏砌块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；向半水磷石膏中掺加一定量的水，搅拌均匀后，将搅拌物压制成石膏面板；制备发泡半水磷石膏浆；将两块石膏面板相对间隔竖立，在两块石膏面板之间浇注满发泡半水磷石膏浆；待发泡半水磷石膏浆凝固后，再经自然干燥，即得到高强轻质石膏砌块。
本发明以磷化工企业湿法生产磷酸过程中排放的含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏作为原料，但在实际应用中，不排除采用上述工艺步骤，利用天然石膏、脱硫石膏、氟石膏、柠檬石膏、钛石膏等作为原料，制备出高强轻质石膏砌块。
请参考图1，其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于150～180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并快速搅拌均匀后，得到搅拌物；将搅拌物输送至模具内，并于5～25MPa压力下加压压制成型为石膏面板。本发明所制得石膏面板的厚度为6～20mm；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、发泡剂、稳泡剂以质量比为100:0.5～1.2:0.1～0.2进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:70～120进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆。需要说明的是，本发明对发泡剂、稳泡剂的种类不进行限制，现有技术中用于制备发泡石膏浆的发泡剂、稳泡剂均可作为本发明中发泡剂、稳泡剂的具体实施例；具体的，本发明中发泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，两块石膏面板的中间间距为40～220mm，构成空腔；再将S3中制得的发泡半水磷石膏浆浇注到空腔内，在浇注满整个空腔后，静置10～30min；待发泡半水磷石膏浆初步凝固并与两块石膏面板的内侧面粘结成一体，即可得到湿石膏砌块；
此外，作为本发明浇注疏松石膏层的另一种实施例，也可以将泡沫颗粒直接加到由上述方法制得半水磷石膏浆中，得到发泡半水磷石膏浆，并将发泡半水磷石膏浆经浇注在两块S2得到的石膏面板之间凝固后，形成含有泡沫颗粒物的疏松石膏层，得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块运至库房，自然干燥后，即得到表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的高强轻质石膏砌块。此外，需要说明的是，本发明中的干燥方式不限于S5所记载的技术方案，还可采用机械吹风风干或干燥窑热风干燥的方式，使湿石膏砌块快速干燥，以提高生产效率，但生产成本会增加。
一种由上述方法制得的高强轻质石膏砌块，其结构如图2所示，其由从外向内的第一致密石膏层10、疏松石膏层20和第二致密石膏层30组成。其中，第一致密石膏层10和第二致密石膏层30的厚度均为6～20mm，由上述步骤S2制得的石膏面板构成；疏松石膏层20的厚度为40～220mm，由上述步骤S3和S4制得。
本发明所述工艺的技术原理如下：
(1)磷石膏的主要成分是二水石膏(即二水硫酸钙CaSO4·2H2O)，通过S1干燥脱水，可将二水石膏转化为半水石膏(即半水硫酸钙CaSO4·0.5H2O)；
(2)在S2中，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后及时压制成型，得到石膏面板。在搅拌过程中，水主要通过表面张力、氢键，将半水磷石膏粉体粘结成颗粒，以利于布料、填模、压制操作；在压制过程中，在水的润滑作用下，半水磷石膏粉体颗粒将相互靠近、接触、咬合，同时，借助水的表面张力、氢键，以及部分半水磷石膏的水化胶凝作用，可使半水磷石膏粉体成型为有一定强度的石膏面板，以利于后续的生产操作；
(3)由于S2中的掺水量不足以与所有半水磷石膏发生水化反应，必然有一部分半水磷石膏未发生水化反应，因此，在S4中，浇注的发泡半水磷石膏浆中的自由水会渗入到石膏面板中，可促使石膏面板中剩余的半水磷石膏与水充分发生水化反应，全部生成相互结合的二水石膏胶凝体，从而赋予石膏面板层更大的机械强度；
(4)在S3、S4中，所调制的发泡半水磷石膏浆中含有发泡剂、稳泡剂，浇注到石膏面板之间的空腔并凝固后，可形成多孔疏松的石膏层，密度小，有利于降低最终石膏砌块成品的整体密度，形成轻质石膏砌块产品；
(5)S2和S3、S4所用的磷石膏原料相同，物理化学性质相同，因此，S2制得的石膏面板层和S3、S4制得的疏松石膏层之间可以很好的相互融合、粘结，从而使表层的致密石膏层和内部的疏松石膏层之间牢固地粘结成一体，共同构成高强轻质石膏砌块。
为了便于测试，本发明以下实施例制备的高强轻质石膏砌块总厚度均为180mm左右。
<实施例1>
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:20混合，并快速搅拌均匀后，得到搅拌物；将搅拌物输送至模具内，并于15MPa压力下加压压制成型为石膏面板，厚度为15mm；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、十二烷基硫酸钠和改性硅树脂聚醚乳液以质量比为100:0.6:0.12进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:90进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，两块石膏面板的中间间距为150mm，构成空腔；再将S3中制得的发泡半水磷石膏浆浇注到空腔内，在浇注满整个空腔后，静置20min；待发泡半水磷石膏浆初步凝固并与两块石膏面板的内侧面粘结成一体，即可得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块运至库房，自然干燥后，即得到表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的高强轻质石膏砌块。
本实施例用磷石膏制得的高强轻质石膏砌块的抗压强度测试值为6MPa，体密度为0.7kg/m3。
<实施例2>
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:20混合，并快速搅拌均匀后，得到搅拌物；将搅拌物输送至模具内，并于15MPa压力下加压压制成型为石膏面板，厚度为15mm；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、十二烷基硫酸钠和改性硅树脂聚醚乳液以质量比为100:1.2:0.2进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:100进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，两块石膏面板的中间间距为150mm，构成空腔；再将S3中制得的发泡半水磷石膏浆浇注到空腔内，在浇注满整个空腔后，静置20min；待发泡半水磷石膏浆初步凝固并与两块石膏面板的内侧面粘结成一体，即可得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块运至库房，自然干燥后，即得到表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的高强轻质石膏砌块。
本实施例用磷石膏制得的高强轻质石膏砌块的抗压强度测试值为5MPa，体密度为0.65kg/m3。
<实施例3>
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:15混合，并快速搅拌均匀后，得到搅拌物；将搅拌物输送至模具内，并于10MPa压力下加压压制成型为石膏面板，厚度为15mm；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、十二烷基硫酸钠和改性硅树脂聚醚乳液以质量比为100:1.2:0.2进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:100进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，两块石膏面板的中间间距为150mm，构成空腔；再将S3中制得的发泡半水磷石膏浆浇注到空腔内，在浇注满整个空腔后，静置20min；待发泡半水磷石膏浆初步凝固并与两块石膏面板的内侧面粘结成一体，即可得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块运至库房，自然干燥后，即得到表层是致密石膏层、中间是疏松石膏层的高强轻质石膏砌块。
本实施例用磷石膏制得的高强轻质石膏砌块的抗压强度测试值为4MPa，体密度为0.6kg/m3。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；向半水磷石膏中掺加一定量的水，搅拌均匀后，将搅拌物压制成石膏面板；制备发泡半水磷石膏浆；将两块石膏面板相对间隔竖立，在两块石膏面板之间浇注满发泡半水磷石膏浆；待发泡半水磷石膏浆凝固后，再经自然干燥，即得到高强轻质石膏砌块。
2.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制致密石膏层：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并搅拌均匀后，得到搅拌物，将搅拌物压制成型为石膏面板；
S3、制备发泡半水磷石膏浆：将水、发泡剂、稳泡剂以质量比为100:0.5～1.2:0.1～0.2进行混合，并搅拌成泡沫液；同时，将S1得到的半水磷石膏与水按质量比100:70～120进行混合，并搅拌成半水磷石膏浆；最后，将泡沫液与半水磷石膏浆以质量比为8:100进行混合，搅拌均匀后，制得发泡半水磷石膏浆；
S4、浇注疏松石膏层：将两块S2得到的石膏面板相对间隔竖立，向两块石膏面板之间浇注满S3制得的发泡半水磷石膏浆，静置、凝固，得到湿石膏砌块；
S5、自然干燥：将S4得到的湿石膏砌块进行自然干燥后，即得到高强轻质石膏砌块。
3.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，S1中所述磷石膏为含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏。
4.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，S1中磷石膏干燥脱水的温度条件为150～180℃。
5.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，S2中搅拌物压制成型的压力条件为5～25MPa。
6.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，S2中石膏面板的厚度为6～20mm。
7.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备高强轻质石膏砌块的方法，其特征在于，S4中两块石膏面板的间距为40～220mm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述方法制得的高强轻质石膏砌块，其特征在于，其由从外向内的第一致密石膏层(10)、疏松石膏层(20)和第二致密石膏层(30)组成。
9.根据权利要求8所述的一种高强轻质石膏砌块，其特征在于，所述第一致密石膏层(10)和所述第二致密石膏层(30)的厚度均为6～20mm，所述疏松石膏层(20)的厚度为40～220mm。
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