CN114656179B - 一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法 - Google Patents

一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆，置于氮气环境，在0.04‑0.06MPa的压力下，加热料浆至50‑60℃；并以30‑50r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在200℃‑300℃，反应60‑120min；将反应容器内的物料进行干燥、收集，即得石膏基胶凝材料。本发明物料裂解受热均匀，石膏相组成单纯，对磷石膏中的杂质去除效果稳定，对性能影响大的游离磷酸等杂质已经过裂解去除，经过试验反复验证，制备所得石膏胶凝材料的石膏相单纯，物料中有机物、游离磷酸等去除效果良好，力学性能稳定。

Description

一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法
技术领域
本发明涉及一种负压环境下无氧热裂解磷石膏制备石膏基胶凝材料的方法，属于无机非金属材料技术领域。
背景技术
传统工艺利用磷石膏制备建筑石膏胶凝材料，大部分需要采用600℃以上的高温煅烧，让磷石膏由二水硫酸钙状态脱水后再通过陈化等处理，得到石膏基胶凝材料。例如现在常用的高温煅烧工艺，在煅烧炉内采用不低于800℃的高温进行快速脱水。或是采用回转窑，在400-600℃的温度下煅烧磷石膏，而后经过陈化等手段制备得到石膏基胶凝材料。这些方法存在以下问题：（1）未经过预处理直接煅烧，杂质去除不彻底，导致煅烧产品性能波动大，进行预处理则极大的增加生产成本；（2）煅烧温度高，能耗大；（3）需要陈化等后续处理，生产周期长；（4）煅烧不均匀，产生过烧或欠少，影响粉体性能。
通过分析可发现，直接高温闪烧后的石膏粉，物料成分复杂，物料中的有机物、磷、等杂质去除效率波动大。物相组成复杂，存在多种无水相、半水相甚至混杂有少量的二水相石膏。多变的成分、复杂的相组成，导致每次产出的石膏性能难以有效平稳控制。如某闪烧工艺产生的石膏胶凝材料（干基）半水相含量65%，无水相含量25%，剩余为二氧化硅等杂质。其2小时抗折强度平均值仅为1.2MPa；传统的煅烧方法，温度在600℃-800℃之间，煅烧时间大约3h，煅烧完成后需要在严格控制湿度、温度的条件下进行陈化处理，其物料性能得以一定提升，但是其能耗和生产成本大幅度增加，复杂的相组成，即使通过陈化处理也难以均化一致，仍然存在物理力学性能不稳定的情况。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，利用普通工业副产石膏生产石膏基胶凝材料。
本发明通过下列技术方案实现：一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，经过下列各步骤：
（1）按水和磷石膏的质量比为（1-2）:1，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆；
（2）将步骤（1）的料浆置于氮气环境下；
（3）在0.04-0.06MPa的压力下，加热料浆至50-60℃；并以30-50r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在200℃-300℃，反应60-120min；
（4）将反应容器内的物料进行干燥、收集，即得石膏基胶凝材料。
所述步骤（2）的氮气环境是氮气含量在95%以上。
所述步骤（4）的干燥是使物料湿度＜5%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）负压裂解技术在处理生活垃圾有所应用，但未见用于处理磷石膏。本发明采用负压环境下进行无氧热裂解，物料裂解受热均匀，石膏相组成单纯，对磷石膏中的杂质去除效果稳定，对性能影响大的游离磷酸等杂质已经过裂解去除，经过试验反复验证，制备所得石膏胶凝材料的石膏相单纯，物料中有机物、游离磷酸等去除效果良好，力学性能稳定。所得粉体2h平均抗折强度稳定在2MPa左右。
（2）本发明无需对磷石膏进行预处理即可制备出性能稳定的石膏基胶凝材料。经过3年上百次的随机抽样测试，制备所得石膏基胶凝材料，标准稠度用水量稳定在55%-58%，初终凝时间分别稳定在5min和12min左右。2h平均抗折强度稳定在2MPa。（参考标准《建筑石膏 力学性能的测定》GBT 17669.3-1999）
（3）本发明可有效减少裂解所得石膏中杂质含量，尤其是各类有机物杂质。经过分析测试，可得反应前后，物料中P2O5含量从1.1%下降到0.5%，有机物含量从4.04%下降到1.2%。（《石膏化学分析方法》 GBT 5484-2012）。对比未经过预处理采用煅烧法所得的石膏物料，P2O5含量下降约20%，有机物含量下降约15%。
（4）本发明通过营造真空无氧环境，使得有机物等杂质易于分解，因此可以做到在较低温度下裂解制备性能可靠的石膏胶凝物料，能耗小。
（5）本发明流程简单、效率高。
（6）传统工艺需要进行水洗等预处理，或是进行高温煅烧。会产生大量的废水，产生大量的尾气。本发明无需预处理，且通过负压真空泵，将产生的废气加以收集，可用于制备土壤改良剂，不会产生二次污染。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的技术方案进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
（1）按水和磷石膏的质量比为1:1，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆；
（2）将步骤（1）的料浆置于氮气含量在95%以上的氮气环境下；
（3）在0.05MPa的压力下，加热料浆至55℃；并以40r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在280℃，反应120min；
（4）将反应容器内的物料进行干燥，使物料湿度＜5%，经收集，即得石膏基胶凝材料。
实施例2
（1）按水和磷石膏的质量比为2:1，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆；
（2）将步骤（1）的料浆置于氮气含量在95%以上的氮气环境下；
（3）在0.04MPa的压力下，加热料浆至60℃；并以30r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在300℃，反应60min；
（4）将反应容器内的物料进行干燥，使物料湿度＜5%，经收集，即得石膏基胶凝材料。
实施例3
（1）按水和磷石膏的质量比为1:1，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆；
（2）将步骤（1）的料浆置于氮气含量在95%以上的氮气环境下；
（3）在0.06MPa的压力下，加热料浆至50℃；并以50r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在200℃，反应100min；
（4）将反应容器内的物料进行干燥，使物料湿度＜5%，经收集，即得石膏基胶凝材料。
上述对本发明的具体实施方法做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方法，在本领域普通技术人员所具备知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
对比例1：磷石膏原料同实施例1，以现有技术的闪烧方法制得石膏基胶凝材料。
对比例2：同实施例1，仅删除步骤（2）的氮气环境以及删除步骤（3）的压力条件，即以无氮气的常压条件进行后续反应。
对比例3：同实施例1，仅删除步骤（3）的压力条件，即以常压条件进行后续反应。
对比例4：同实施例1，仅删除步骤（2），即以无氮气的条件进行后续反应。
标准稠度用水量是依据《建筑石膏 力学性能的测定》GBT 17669.3-1999这一标准，在常温常压的环境下进行的。标准稠度用水量间接体现了石膏性能的优劣，理论上越低越好。
由上表可知，闪烧制备所得石膏基胶凝材料，由于物相复杂，成分多变，标准稠度用水量在60%-80%之间大幅波动，初凝时间子在3min-30min大幅变化，终凝时间在10-45min之间大幅变化。2h抗折强度在0.5MPa-3MPa之间无序波动。
注入氮气，更利于营造无氧环境，帮助磷石膏的裂解。二采用负压则是能促进磷石膏快速脱去游离水，降低有机物等杂质的裂解温度。

Claims (3)

1.一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）按水和磷石膏的质量比为（1-2）:1，在磷石膏中加入水，并充分搅拌得料浆；
（2）将步骤（1）的料浆置于氮气环境下；
（3）在0.04-0.06MPa的压力下，加热料浆至50-60℃；并以30-50r/min的速度旋转反应容器，使料浆温度维持在200℃-300℃，反应60-120min；
（4）将反应容器内的物料进行干燥、收集，即得石膏基胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）的氮气环境是氮气含量在95%以上。
3.根据权利要求1所述的负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，其特征在于：所述步骤（4）的干燥是使物料湿度＜5%。
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