CN114907035A - 一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,涉及建筑材料加工技术领域,所述制备方法包括以下步骤:(1)将磷石膏与含硅原料依次经混合、球磨后得到混合物A,备用;(2)将混合物A依次经焙烧、冷却、球磨后,即得磷石膏基多用途胶凝前驱体。本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体添加10‑30%的水泥即可制备各种免烧建材,本发明利用磷石膏基多用途胶凝前驱体制备的免烧砖抗压强度可达10‑30Mpa,可用于道路、边坡、人行道、矿井填埋以及房屋建筑等领域。本发明不但可以为磷石膏的综合利用提供路径,还拓展了建材原材料的来源和种类,同时可大大减少开山采石对生态的破坏。

Description

一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料加工技术领域,尤其涉及一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法。
背景技术
我国是世界上人口最多的国家,同时也是农业生产大国,农业耕地普遍存在着“缺磷少钾”的现象,农业生产需大量磷化学肥料,随着我国农业生产的快速发展,磷肥需求量在逐年增长,而磷肥生产需要大量磷酸。目前磷酸的主要生产方法为湿法磷酸生产技术,该技术在生产过程中将产生大量磷石膏,显然随着磷化工行业的飞速发展,湿法磷酸工业排放的磷石膏也呈逐年增加趋势,目前世界磷石膏排放量约为3亿吨/年,我国磷石膏年排放量约7000万吨,现已堆存的磷石膏总量超过5亿吨,贵州省的磷肥产能占全国16%左右,每年排放磷石膏约1000万吨,现存磷石膏上亿吨。由于其含有水溶性磷、水溶性氟、游离酸等有害物质,至今仍没有很好的大宗利用技术应对,导致其资源化利用率低,仅为10%左右。
国内外研究者针对磷石膏的的综合利用,进行了大量研究。主要有这几个方面:磷石膏制备建材如各种砖、砌块等,但其掺入量均不大,一般小于30%;磷石膏应用于交通领域,其掺入量仅为2.8%;磷石膏制硫酸联产水泥技术工艺流程长、设备多、能耗高、投资大、技术难度大;磷石膏生产纸面石膏板需将石膏进行煅烧,目前该技术产业化的磷石膏消纳量过高估算不超过1000万吨,这与我国每年7000万吨的递增量相比,存在较大缺口。
申请号为202010663619.6的专利公开了一种提高磷石膏胶凝活性的方法,包括如下步骤:(1)用水陈化磷石膏,得陈化后磷石膏;(2)将陈化后磷石膏湿磨,得湿磨后磷石膏;(3)将湿磨后磷石膏焙烧、冷却,得焙烧后磷石膏;(4)将焙烧后磷石膏分别用药剂1和药剂2进行两段堆浸,得胶凝活性提高的磷石膏,虽然该方法也能够提高磷石膏的掺入量,但是该专利的作用原理和本申请存在实质性差异。
发明内容
有鉴于此,针对磷石膏大量堆存带来的危害,本发明提供了一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,本发明能够大大提高磷石膏的消纳量,同时采用本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体制备的建材强度高、抗水浸能力强、磷石膏的掺入量>70%。本发明所述制备方法具有技术工艺简单、成本较低等特点,为磷石膏的综合利用开辟了新途径。
本发明的第一个目的是提供一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,包括以下步骤:
(1)将磷石膏与含硅元素的原料依次经混合、球磨后得到混合物A,备用;
(2)将混合物A依次经焙烧、冷却、球磨后,即得磷石膏基多用途胶凝前驱体。
优选地,步骤(1)中所述含硅原料为硅石、硅微粉、硅酸钠中的至少一种。
优选地,所述硅石和硅微粉的粒度控制在200目-300目,所述硅酸钠为工业级液体。
优选地,步骤(1)中含硅原料的加入量为5-10wt%。加入硅元素的原因在于使其与磷石膏分解出的钙形成硅酸三钙和硅酸二钙,将硅原料的加入量控制在5-10wt%的范围内能充分形成硅酸三钙。
优选地,步骤(1)中所述球磨的时间为10-50min。
优选地,步骤(2)中所述焙烧的温度为650-900℃。
优选地,步骤(2)中所述焙烧的时间为10-60min。
本发明的第二个目的是提供一种利用磷石膏基多用途胶凝前驱体制成的免烧砖,所述免烧砖是利用70wt%-80wt%权利要求1-7任一项所述磷石膏基多用途胶凝前驱体制备而成。
优选地,所述免烧砖中磷石膏基多用途胶凝前驱体的加入量为70wt%、75wt%或80wt%。
本发明利用磷石膏分解出部分CaO,与硅质材料中的Si反应生成硅酸三钙和硅酸二钙,这两者与水泥的主相类似,从而具有胶凝活性。
本发明的技术优势:
(1)磷石膏掺入量大于70%;
(2)本发明反应产物的主物相为硫酸钙,目前很多处理磷石膏的产物为半水硫酸钙,因此本技术的产物不会吸水。同时本发明反应产物中有硅酸二钙相存在,从而可以大幅提高磷石膏的胶凝活性。
本发明的第三个目的是提供一种利用所述磷石膏基多用途胶凝前驱体制备的免烧建材,所述磷石膏基多用途胶凝前驱体的加入量为70wt%-80wt%。更优选地,所述磷石膏基多用途胶凝前驱体的加入量为70wt%、75wt%或80wt%。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法可将磷石膏与含硅矿物原料在中低温焙烧条件下反应制得具有胶凝活性的磷石膏基多用途胶凝前驱体粉体产品。
2、将本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体与10-30%的水泥混合后进行水化反应,养护28天后,可获得抗压强度达10-30Mpa的免烧建材。
3、将本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体与10-30%的水泥混合后可用于瓷砖的黏贴,同时,本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体也可代替粉煤灰用于水泥混合材料。
4、本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法具有技术处理成本低、装备简单、磷石膏消纳量大于70%的有益效果,具有较好的市场前景。
5、将本发明提供的磷石膏基多用途胶凝前驱体添加10-30%的水泥即可制备各种胶凝材料,可用于道路、边坡、人行道、矿井填埋以及房屋建筑等领域。本发明不但能够为磷石膏的综合利用提供路径,同时还能拓展建材原材料的来源和种类,大大减少开山采石对生态的破坏。
附图说明
图1是实施例1处理后磷石膏的XRD图谱。
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,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述原料和助剂,如无特殊说明,均从常规商业途径获得,或以常规方法制备。
实施例1-5所述磷石膏取自贵州瓮福集团,硅石和硅微粉取自贵州金元绥阳产业有限公司,硅酸钠为工业级液体。
实施例1-5中的百分数均为质量百分数。
实施例1
将磷石膏与含硅元素的原料(硅石:硅微粉:硅酸钠=1:1:1,Si的质量含量为7%)进行均匀混合,再将其球磨20min,然后将其在850℃焙烧30min,自然冷却,最后将其进行球磨破碎、装袋即可获得磷石膏基多用途胶凝前驱体。将该前驱体添加25%的水泥混合后在5Mpa的压强下制备免烧砖块,其抗压强度为28.5Mpa。
实施例2
将磷石膏与含硅元素的原料(硅石,Si的质量含量为8%)进行均匀混合,再将其球磨30min,然后将其在750℃焙烧30min,自然冷却,最后将其进行球磨破碎、装袋即可获得磷石膏基多用途胶凝前驱体。该前驱体添加20%的水泥混合后在5Mpa的压强下制备免烧砖块,其抗压强度为22.4Mpa。
实施例3
将磷石膏与含硅元素的原料(硅微粉:硅酸钠=1:1,Si的质量含量为5%)进行均匀混合,再将其球磨30min。然后将其在850℃焙烧25min,自然冷却。最后将其进行球磨破碎、装袋即可获得磷石膏基多用途胶凝前驱体。该前驱体添加20%的水泥混合后在5Mpa的压强下制备免烧砖块,其抗压强度为20.6Mpa。
实施例4
将磷石膏与含硅元素的原料(硅微粉:硅石=1:2,Si的质量含量为9%)进行均匀混合,再将其球磨20min。然后将其在800℃焙烧40min,自然冷却。最后将其进行球磨破碎、装袋即可获得磷石膏基多用途胶凝前驱体。该前驱体添加30%的水泥混合后在5Mpa的压强下制备免烧砖块,其抗压强度为32.6Mpa。
实施例5
将磷石膏添加30%的水泥混合后在5Mpa的压强下制备免烧砖块,养护28天后其抗压强度为3.6Mpa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将磷石膏与含硅元素的原料依次经混合、球磨后得到混合物A,备用;
(2)将混合物A依次经焙烧、冷却、球磨后,即得磷石膏基多用途胶凝前驱体。
2.根据权利要求1所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述含硅原料为硅石、硅微粉、硅酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,所述硅石和硅微粉的粒度控制在200目-300目。
4.根据权利要求1所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,步骤(1)中含硅原料的加入量为5-10wt%。
5.根据权利要求1所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述球磨的时间为10-50min。
6.根据权利要求1所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述焙烧的温度为650-900℃。
7.根据权利要求1所述的磷石膏基多用途胶凝前驱体的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述焙烧的时间为10-60min。
8.一种利用磷石膏基多用途胶凝前驱体制成的免烧砖,其特征在于,所述免烧砖是利用70wt%-80wt%权利要求1-7任一项所述磷石膏基多用途胶凝前驱体制备而成。
9.根据权利要求8所述利用磷石膏基多用途胶凝前驱体制成的免烧砖,其特征在于,所述免烧砖中磷石膏基多用途胶凝前驱体的加入量为70wt%、75wt%或80wt%。
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