CN116040971A - 一种磷石膏基粘结石膏粉及其制备方法和石膏 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷石膏基粘结石膏粉及其制备方法和石膏，磷石膏基粘结石膏粉主要由以下重量份的原料在水中反应而成：90～100份煅烧磷石膏、2～30份氧化钙、1～10份水玻璃、5～15份硅藻土以及1～10份激发剂。氧化钙和水反应后，且在煅烧磷石膏溶解的情况下，混合液的pH值控制在9～11，有利于后续与其它物质顺利反应，以得到粘接强度较好的磷石膏基粘结石膏粉。制得的磷石膏基粘结石膏粉满足建筑材料的相关标准，因此能够作为建筑材料使用，减少磷石膏的堆积。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物再利用技术领域，具体涉及一种以废弃的磷石膏来制备磷石膏基粘结石膏粉及其制备方法和石膏，作为建筑材料使用。
背景技术
磷石膏是由磷矿石生产肥料而形成的副产品，成分复杂且处理难度大，传统的排放堆积处理措施严重破坏了生态环境，不仅污染地下水资源，还造成土壤资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷石膏基粘结石膏粉，解决了现有磷石膏处理途径单一的问题，本发明公开的磷石膏基粘结石膏粉不仅拓展了废弃磷石膏的处理途径，而且还具有良好的粘接强度，可作为建筑材料使用，以实现了磷石膏的有效利用。
本发明的第一目的在于提供一种磷石膏基粘结石膏粉，主要由以下重量份的原料在水中反应而成：
90～100份煅烧磷石膏、2～30份氧化钙、1～10份水玻璃、5～15份硅藻土以及1～10份激发剂。
在采用上述技术方案的情况下，以煅烧磷石膏为主要材料，能够大量利用废弃的磷石膏，避免其堆积；氧化钙在水存在的条件下发生反应生成氢氧化钙和放出大量的热，使得体系的温度升高，体系温度升高有利于水玻璃的溶解，进而有利于整个反应过程的进行得到高粘度的石膏。不仅为废弃磷石膏的处理提供了有效的处理方法，以避免磷石膏的堆积造成的环境污染问题，而且还拓宽了废弃磷石膏的用途(作为建筑材料使用，比如：腻子膏)，值得推广使用。
作为一种优选方式，上述磷石膏基粘结石膏粉主要由以下重量份的原料在水中反应而成：90～100份煅烧磷石膏、12～18份氧化钙、1～5份水玻璃、5～8份硅藻土以及3～5份激发剂。
作为一种可能实现的方式，煅烧磷石膏主要有α半水石膏、β半水石膏、Ⅱ型无水石膏以及Ⅲ型无水石膏中至少一种煅烧得到。
作为一种可能实现的方式，所述水玻璃的模数为1.0～2.5。
作为一种可能实现的方式，所述硅藻土中二氧化硅的含量为50wt％～85wt％，目数为50～100。
作为一种可能实现的方式，所述激发剂包括碳酸钾、溴化钾、氯化钠、硝酸钠以及硫酸钠中至少一种。
基于上述同样的问题，本发明的第二目的在于提供一种关于前述磷石膏基粘结石膏粉的制备方法，包括：
将煅烧磷石膏和氧化钙混合后，得到混合物；
在有水存在的情况下，向所述混合物中加入水玻璃、硅藻土以及激发剂，搅拌均匀后依次进行烘干、研磨以及筛分。
作为一种优选方式，所述烘干过程的烘干温度为115℃～140℃。
作为一种优选方式，所述磷石膏基粘结石膏粉的目数不大于100目。
采用上述技术方案的情况下，首先，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，使得混合溶液呈碱性，煅烧磷石膏的主要成分是二水硫酸钙。由于氧化钙与水反应本身就会大量放热，为水玻璃的溶解提供热量，且不影响制备得到的磷石膏基粘结石膏粉的粘接强度。
烘干过程主要是为了除去反应中作为溶剂的部分水。氧化钙和水反应后，且在煅烧磷石膏溶解的情况下，混合液的pH值控制在9～11，有利于后续与其它物质顺利反应，以得到粘接强度较好的磷石膏基粘结石膏粉。制得的磷石膏基粘结石膏粉满足建筑材料的相关标准，因此能够作为建筑材料使用，减少磷石膏的堆积。
基于上述同样的问题，本发明第三个目的在于提供一种石膏，包括以下重量份的组分：
90～100份前述磷石膏基粘结石膏粉，0.3～0.6份份减水剂，0.1～0.3份消泡剂，0.3～0.5份缓凝剂以及0.1～0.2份纤维素。
石膏的主要效果与前述磷石膏基粘结石膏粉的效果相同，此处不再赘述。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明针对磷石膏作为生产肥料过程产生的固体废弃物，虽然目前已经有处理方法避免其大量堆积放置，但是处理方法存在单一，因此磷石膏的消纳亟需开拓多种资源化利用的途径，以避免其它途径不能完全处理废弃的磷石膏。
针对上述技术问题，本发明的发明人发现将磷石膏进行煅烧后，与氧化钙、水玻璃、硅藻土以及激发剂混合后反应值得的磷石膏基粘结石膏粉不仅具有良好的粘接强度，而且还能满足建筑材料其他相关性能的要求，因此制得的磷石膏基粘结石膏粉能够作为建筑材料推广使用，开拓了磷石膏的资源化利用途径，经济效益和社会效益显著，避免了现有处理方法的单一。
第一方面，本发明提供一种磷石膏基粘结石膏粉，主要由以下原料在水中反应而成：煅烧磷石膏、氧化钙、水玻璃、硅藻土以及激发剂。
氧化钙和水反应生成氢氧化钙且放出大量的热，为水玻璃的溶解提供热量，便于水玻璃快速溶解，有利于水玻璃完全溶解且足量参与反应，使磷石膏基粘结石膏粉相关性能满足相应的建筑材料要求。氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙、煅烧磷石膏(主要成分二水硫酸钙)以及水玻璃(硅酸碱金属盐)在激发剂的刺激下发生反应，得到的磷石膏基粘结石膏粉的粘接强度好，可达到1.2MPa。硅藻土能够净化空气，因此磷石膏基粘结石膏粉可作为室内装饰材料使用，同时避免了废弃物磷石膏的大量堆放导致的环境污染问题和磷石膏现有处理方法单一的问题，尽可能得减少。
一般情况下，上述磷石膏基粘结石膏粉，主要由以下重量份的原料在水中反应而成：90～100份煅烧磷石膏、2～30份氧化钙、1～10份水玻璃、5～15份硅藻土以及1～10份激发剂。
更为合适地，上述磷石膏基粘结石膏粉，主要由以下重量份的原料在水中反应而成：90～100份煅烧磷石膏、12～18份氧化钙、1～5份水玻璃、5～8份硅藻土以及3～5份激发剂。
本发明中，所述煅烧磷石膏可以但不限于以下原料中至少一种煅烧得到：α半水石膏、β半水石膏、Ⅱ型无水石膏以及Ⅲ型无水石膏。
如本文所用，所述水玻璃是硅酸碱金属盐的水溶液，其化学式为R2O·nSiO2，R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模，模数越大，水玻璃越难溶于水。本发明中，所述水玻璃的模数为1.0～2.5。
本发明中，所述硅藻土的主要成分为二氧化硅，二氧化硅的含量一般为50wt％～85wt％，优选60～85wt％，更优选60～70wt％；所述硅藻土的目数一般为50～100。
为了促使反应发生，添加有激发剂，所述激发剂为碱金属强酸盐，例如碳酸钾、溴化钾以及氯化钠等。本发明中，所述激发剂可以但不限于碳酸钾、溴化钾、氯化钠、硝酸钠以及硫酸钠中至少一种。
第二方面，本发明提供一种上述磷石膏基粘结石膏粉的制备方法，包括以下步骤：
S1.将煅烧磷石膏和氧化钙混合后，得到混合物；
S2.在有水存在的情况下，向所述混合物中加入水玻璃、硅藻土以及激发剂，搅拌均匀后依次进行烘干、研磨以及筛分。
在步骤S1中，先将煅烧磷石膏和氧化钙混合是为了稀释氧化钙，避免氧化钙集中遇水反应，使得反应过程过于激烈，而造成制备过程存在安全隐患。
在步骤S2中，在步骤S1中煅烧磷石膏和氧化钙的重量份分别满足90～100份和2～30份的情况下，水的重量份一般为40～65份，以避免反应后温度太高和碱性太强，虽然温度高有利于水玻璃的溶解，但是会影响其他反应的进行，因此通过控制水的加入量来控制整个反应体系的温度。
在步骤S2中，反应结束进行烘干时以除去多余的水，烘干温度一般为115℃～140℃，合适地，130℃～140℃，更合适地，140℃。
在步骤S2中，在研磨的过程中，在研磨至一定程度时可以进行筛分，将大于100目的颗粒筛分出来进行再次研磨，小于100目的颗粒可作为建筑材料使用。
第三方面，本发明提供一种石膏，包括以下重量份的组分：
90～100份前述磷石膏基粘结石膏粉，0.3～0.6份份减水剂，0.1～0.3份消泡剂，0.3～0.5份缓凝剂以及0.1～0.2份纤维素。
实施例
实施例1
本实施例公开一种磷石膏基粘结石膏粉，其制备原料如表1所示。
表1中煅烧磷石膏由废弃磷石膏在1000±10℃下煅烧得到α半水石膏。
表1中硅藻土中二氧化硅的含量为55wt％。
表1中水玻璃的模数为1.0。
表1
本实施例还公开了将表1中各原料用于制备磷石膏基粘结石膏粉的方法，具体包括以下步骤：
S1.将α半水石膏和氧化钙混合，得到混合物；
S2.将混合物、水玻璃、硅藻土、激发剂以及40份水混合搅拌20分钟；
S3.对步骤S2得到的浆料在目标温度115℃下烘干2小时；
S4.烘干完成后进行研磨，研磨结束后过100目筛网进行筛分，大于100目的颗粒进行重新研磨。
实施例2
本实施例公开一种磷石膏基粘结石膏粉，其制备原料如表2所示。
表2中煅烧磷石膏由废弃磷石膏在1000±10℃下煅烧得到α半水石膏、β半水石膏以及Ⅱ型无水石膏等比例混合得到的混合物。
表2中硅藻土中二氧化硅的含量为70wt％。
表2中水玻璃的模数为1.8。
表2
本实施例还公开了将表2中各原料用于制备磷石膏基粘结石膏粉的方法，具体包括以下步骤：
S1.将α半水石膏和氧化钙混合，得到混合物；
S2.将混合物、水玻璃、硅藻土、激发剂以及48份水混合搅拌30分钟；
S3.对步骤S2得到的浆料在目标温度130℃下烘干2小时；
S4.烘干完成后进行研磨，研磨结束后过100目筛网进行筛分，大于100目的颗粒进行重新研磨。
实施例3
本实施例公开一种磷石膏基粘结石膏粉，其制备原料如表3所示。
表3中煅烧磷石膏由废弃磷石膏在1000±10℃下煅烧得到α半水石膏、β半水石膏、Ⅲ型无水石膏以及Ⅱ型无水石膏等比例混合得到的混合物。
表3中硅藻土中二氧化硅的含量为80wt％。
表3中水玻璃的模数为2.4。
表3
本实施例还公开了将表3中各原料用于制备磷石膏基粘结石膏粉的方法，具体包括以下步骤：
S1.将α半水石膏和氧化钙混合，得到混合物；
S2.将混合物、水玻璃、硅藻土、激发剂以及65份水混合搅拌30分钟；
S3.对步骤S2得到的浆料在目标温度140℃下烘干3小时；
S4.烘干完成后进行研磨，研磨结束后过100目筛网进行筛分，大于100目的颗粒进行重新研磨。
实施例4
本实施例公开一种磷石膏基粘结石膏粉，其制备原料如表4所示。
表4中煅烧磷石膏由废弃磷石膏在900±10℃下煅烧得到β半水石膏、Ⅲ型无水石膏以及Ⅱ型无水石膏等比例混合得到的混合物。
表4中硅藻土中二氧化硅的含量为65wt％。
表4中水玻璃的模数为2.0。
表4
本实施例还公开了将表3中各原料用于制备磷石膏基粘结石膏粉的方法，具体包括以下步骤：
S1.将α半水石膏和氧化钙混合，得到混合物；
S2.将混合物、水玻璃、硅藻土、激发剂以及50份水混合搅拌30分钟；
S3.对步骤S2得到的浆料在目标温度125℃下烘干3小时；
S4.烘干完成后进行研磨，研磨结束后过100目筛网进行筛分，大于100目的颗粒进行重新研磨。
将实施例1-3各自制备得到的磷石膏基粘结石膏粉，分别与0.5重量份减水剂、0.1重量份消泡剂、0.3重量份缓凝剂、0.1重量份纤维素以及38重量份水混合制成石膏浆料。
将与实施例1组成的煅烧石膏粉90重量份，与前述相同的0.5重量份减水剂、0.1重量份消泡剂、0.3重量份缓凝剂、0.1重量份纤维素以及38重量份水混合制成浆料作为对比例。
现对用实施例1-3制成的石膏浆料和对比例制成的石膏浆料涂覆呈相同的厚度，待固化后测量石膏的粘接强度，结果如表5所示。
建筑行业对石膏指标要求为28d粘结强度≥1.0Mpa，依据《石膏基自流平砂浆》JC/T1023-2021条文规定及所列试验方法。
表5
| 组别 | 粘接强度(MPa) |
| 实施例1 | 1.2 |
| 实施例2 | 1.3 |
| 实施例3 | 1.4 |
| 对比例 | 0.6 |
由表4可知，采用实施例1-3所制备的磷石膏基粘结石膏粉来制备得到的石膏具有良好的粘接强度(≥1.2MPa)且满足建筑材料中相应的要求(粘接强度≥1.0Mpa)，与直接采用煅烧磷石膏制备得到的石膏(粘接强度0.6MPa)相比，在水存在的情况下，向煅烧磷石膏中加入氧化钙、水玻璃、硅藻土以及激发剂能够明显改善其粘接性能，且符合建筑材料的相关要求，因此值得推广。
氧化钙和水反应生成氢氧化钙且放出大量的热，为水玻璃的溶解提供热量，便于水玻璃快速溶解，有利于水玻璃完全溶解且足量参与反应，使磷石膏基粘结石膏粉相关性能满足相应的建筑材料要求。氧化钙和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙、煅烧磷石膏(主要成分二水硫酸钙)以及水玻璃(硅酸碱金属盐)在激发剂的刺激下发生反应，得到的磷石膏基粘结石膏粉的粘接强度好，可达到1.2MPa。硅藻土能够净化空气，因此磷石膏基粘结石膏粉可作为室内装饰材料使用，同时避免了废弃物磷石膏的大量堆放导致的环境污染问题和磷石膏现有处理方法单一的问题，尽可能得减少。
因此制得的磷石膏基粘结石膏粉能够作为建筑材料推广使用，开拓了磷石膏的资源化利用途径，经济效益和社会效益显著，避免了现有处理方法的单一。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，主要由以下重量份的原料在水中反应而成：
90～100份煅烧磷石膏、2～30份氧化钙、1～10份水玻璃、5～15份硅藻土以及1～10份激发剂。
2.根据权利要求1所述的磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，主要由以下重量份的原料在水中反应而成：
90～100份煅烧磷石膏、12～18份氧化钙、1～5份水玻璃、5～8份硅藻土以及3～5份激发剂。
3.根据权利要求1或2所述的磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，所述煅烧磷石膏主要有α半水石膏、β半水石膏、Ⅱ型无水石膏以及Ⅲ型无水石膏中至少一种煅烧得到。
4.根据权利要求1或2所述的磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.0～2.5。
5.根据权利要求1或2所述的磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，所述硅藻土中二氧化硅的含量为50wt％～85wt％，目数为50～100。
6.根据权利要求1或2所述的磷石膏基粘结石膏粉，其特征在于，所述激发剂包括碳酸钾、溴化钾、氯化钠、硝酸钠以及硫酸钠中至少一种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的磷石膏基粘结石膏粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将煅烧磷石膏和氧化钙混合后，得到混合物；
在有水存在的情况下，向所述混合物中加入水玻璃、硅藻土以及激发剂，搅拌均匀后依次进行烘干、研磨以及筛分。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烘干过程的烘干温度为115℃～140℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述磷石膏基粘结石膏粉的目数不大于100目。
10.一种石膏，其特征在于，包括以下重量份的组分：
90～100份权利要求1-6任一项所述的磷石膏基粘结石膏粉
0.3～0.6份份减水剂
0.1～0.3份消泡剂
0.3～0.5份缓凝剂
0.1～0.2份纤维素。
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