CN115925291B

CN115925291B - 一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥熟料及其制备方法

Info

Publication number: CN115925291B
Application number: CN202211450000.2A
Authority: CN
Inventors: 王守德; 王增耀; 于粮; 赵丕琪; 吴丰年
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2022-11-19
Filing date: 2022-11-19
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2042-11-19
Also published as: CN115925291A

Abstract

本发明涉及一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥及其制备方法，属于胶凝材料技术领域。本发明提供的水泥熟料由贝利特(C₂S)‑硫硅酸钙(C₅S₂$)‑磷硅酸钙(C₅SP)‑硫铝酸钙(C₄A₃$)‑磷铝酸钙(C₈A₆P)‑铁相六种矿相组成。本发明的高效利用磷石膏的低钙多元水泥由于具有硫铝酸钙和高贝利特矿物，在水化早期和后期均具有优异的力学性能。磷石膏中的杂质可作为矿化剂，促进水泥熟料矿物的形成，磷石膏分解产生的氧化钙可以替代部分石灰石，实现磷石膏在低钙多元水泥熟料制备中的最大化利用。

Description

一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥及其制备方法，属于胶凝材料技术领域。

背景技术

磷石膏是湿法生产磷酸的工业副产物，它主要由二水硫酸钙和少量的杂质组成，如磷酸盐、氟化物、硫酸盐离子和有机物。目前，中国每年新生产约8000万吨磷石膏，磷石膏存量已超6亿吨。然而，磷石膏的综合利用率低于40%，绝大多数磷石膏被大量堆存，暴露在风化过程中，没有进行任何处理。废弃的磷石膏占地面积大，含有一些有害杂质，可能对环境造成严重污染。

低钙水泥是一种低碳、节能的绿色水泥，相比硅酸盐水泥在生产过程中能耗较低，二氧化碳排放较少；相比硫铝酸盐水泥，矿物组成中贝利特含量相对较高，而硫铝酸钙含量相对较少，这可以显著降低生料中铝质材料的使用量，而且也降低了对原材料的使用要求。一些低品位原料以及各种含铝、含铁、含硫的工业废渣可以代替传统材料来制备低钙水泥，不仅可以减少水泥生产对环境造成的资源消耗负荷，还能解决工业废渣给环境和社会带来的不利影响。现有技术中,尚未有利用磷石膏制备低钙水泥的相关记载。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥，能够消耗磷石膏的存量，促进磷石膏在建材中资源化利用。

本发明的另一目的为提供了一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥的制备方法。

本发明为了实现上述目的所采用技术方案为：

本发明提供了一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥，该水泥熟料由贝利特(C₂S)-硫硅酸钙(C₅S₂$)-磷硅酸钙(C₅SP)-硫铝酸钙(C₄A₃$)-磷铝酸钙(C₈A₆P) -铁相六种矿相组成。

进一步的，所述水泥熟料的矿相组成百分比为：：C₂S 30-55%，C₅S₂$ 5-15%，C₅SP10-20%，C₄A₃$ 10-45%，C₈A₆P 1-5%，铁相 5-10%。

进一步的，所述水泥熟料的生料氧化物组成百分比为：CaO 30-60%，SO₃ 5-15%，SiO₂ 10-30%，Al₂O₃ 10-50%，Fe₂O₃ 1-5%，P₂O₅ 5-10%。

进一步的，所述水泥熟料的生料低品位/非传统原材料组成百分比为：磷石膏 5-28%，含硫石灰石25-55%，金矿尾砂 4-22%，赤泥 12-25%。

本发明还提供了一种低钙多元水泥的制备方法，其特征在于，所述水泥熟料是将水泥生料在1210-1310℃下煅烧0.5-1.5h制成。

磷石膏作为一种工业副产石膏，可代替天然石膏作为生产低钙多元水泥的原材料，其中含有的杂质一方面可以作为矿化剂促进水泥熟料矿物的形成，另一方面在高温煅烧过程中能够转化和稳定，因此磷石膏用于生产低钙多元水泥具有一定优势。

本发明的有益效果是：本发明的高效利用磷石膏的低钙多元水泥由于具有硫铝酸钙和高贝利特矿物，在水化早期和后期均具有优异的力学性能。磷石膏中的杂质可作为矿化剂，促进水泥熟料矿物的形成，磷石膏分解产生的氧化钙可以替代部分石灰石，实现磷石膏在低钙多元水泥熟料制备中的最大化利用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明采用的实验原料有磷石膏、含硫石灰石、金矿尾砂和赤泥，其组成如表1所示。

表1 实验原料组成

实施例1

孰料矿物的重量百分比为：

C₂S 30%

C₅S₂$ 15%

C₅SP 10%

C₄A₃$ 39%

C₈A₆P 1%

铁相 5%。

实施例2

C₂S 55%

C₅S₂$ 5%

C₅SP 10%

C₄A₃$ 20%

C₈A₆P 5%

铁相 5%。

实施例3

C₂S 40%

C₅S₂$ 15%

C₅SP 20%

C₄A₃$ 10%

C₈A₆P 5%

铁相 10%。

将实施例1-3，按照矿物配比计算并称取原料200g，粒度为通过200目的标准筛，筛余为6-10%。然后用球磨机搅拌，烘干，制样。样品为直径40mm的圆饼状试样，放入低温烘箱中烘干，然后置于高温煅烧炉内于1210-1310℃下烧成，并保温1h，取出后急冷，得到水泥熟料。

效果实施例

将熟料和钢球放入球磨罐中磨至一定细度，过200目筛，筛余控制在0.2%-0.5%。模具采用2×2×2cm³成型，水灰比为0.3-0.35，在常温养护室内养护24h脱模，之后将各实施例和对比例条件下制备的试样放入养护箱中，在恒温恒湿标准条件下分别养护3d、7d、28d后分别进行抗压强度测试，具体结果见表2。

表2 实施例试样不同龄期的力学性能

Claims

1.一种高效利用磷石膏的低钙多元水泥，其特征在于，该水泥熟料由贝利特(C₂S)-硫硅酸钙(C₅S₂$)-磷硅酸钙(C₅SP)-硫铝酸钙(C₄A₃$)-磷铝酸钙(C₈A₆P) -铁相六种矿相组成；

所述水泥熟料的矿相组成百分比为：C₂S 30-55%，C₅S₂$ 5-15%，C₅SP 10-20%，C₄A₃$ 10-45%，C₈A₆P 1-5%，铁相 5-10%；

所述水泥熟料的生料氧化物组成百分比为：CaO 30-60%，SO₃ 5-15%，SiO₂ 10-30%，Al₂O₃10-50%，Fe₂O₃ 1-5%，P₂O₅ 5-10%。

2.根据权利要求1所述的低钙多元水泥，其特征在于，所述水泥熟料的生料低品位/非传统原材料组成百分比为：磷石膏 5-28%，含硫石灰石25-55%，金矿尾砂 4-22%，赤泥 12-25%。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的低钙多元水泥的制备方法，其特征在于，所述水泥熟料是将水泥生料在1210-1310℃下煅烧0.5-1.5h制成。