CN117902869A - 一种以磷石膏为主要原料的流态固化土及专用固化剂 - Google Patents
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Abstract
一种以磷石膏为主要原料的流态固化土及专用固化剂，涉及流态固化土技术领域，专用固化剂包括早强固化组分和胶凝组分，所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成；流态固化土包括渣土、磷石膏、固化剂和水，以质量百分比计，所述磷石膏占20~30 wt%，所述固化剂为专用固化剂。本发明采用磷石膏作为主要原料制备流态固化土，有利于磷石膏固废的资源化回收，且磷石膏用量较大，能够作为磷石膏固废资源化回收的主要方式，并且解决了大量使用磷石膏引发的环境污染、凝结时间长、遇水强度降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及流态固化土技术领域，尤其涉及一种以磷石膏为主要原料的流态固化土及专用固化剂。
背景技术
流态固化土是由各种排弃的渣土、固化剂和水按一定配比拌和并达到一定性能指标的混合物，能够在部分领域代替传统的混凝土、灰土地基及碎石混凝土等，具有节能减排、工业固废综合利用的重大社会意义。磷石膏是制备磷酸、磷肥的副产物，其主要成分为二水硫酸钙，还含有少量的可溶磷、氟、有机物、氧化物以及重金属等杂质。磷石膏的资源化利用是世界性的难点，大量磷石膏作为固体废弃物进行堆存，不仅占用大量土地面积，而且存在一定的环保安全风险。
目前，磷石膏的资源化利用在建筑、农业等相关行业发展较为成熟，其中应用最为广泛的是建材行业，可作为水泥添加剂、筑路或填充材料等，但其中磷石膏作为添加料的应用较多，而将其作为主要材料的应用较少，对磷石膏庞大的堆存量来说消耗量较小。磷石膏在流态固化土中的应用也较少，比如中国专利CN115974515A公开的一种基于粘性土的流态固化土及其制备方法以及中国专利CN113402228A公开的一种液化固结土及其制备方法，其中磷石膏均仅作为固化剂使用，且使用量偏小，质量占比最高仅为个位数。磷石膏在使用前还需要进行无害化预处理。
这是由于磷石膏中可溶磷会导致磷石膏呈酸性，腐蚀石膏制品及设备，水化时可溶磷、共晶磷与钙离子生成Ca3(PO4)2，阻止水化反应的进行，延长水化反应的时间、使固化产物结构疏松，可溶氟也会阻止水化反应进行；可溶磷进入水体会导致富营养化，可溶氟、重金属等杂质渗透、析出还会导致环境污染；二水硫酸钙自身不具备胶凝性能和遇水溶解，造成强度降低。磷石膏的用量上升后，上述杂质的含量也增大，会导致材料凝结时间偏长、环境污染风险大、遇水强度变低等问题。
发明内容
针对现有技术方案中大量使用磷石膏存在凝结时间偏长、环境污染风险大、遇水强度变低的问题，本发明提供了一种以磷石膏为主要原料的流态固化土及专用固化剂。
本发明提供如下的技术方案：一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，包括早强固化组分和胶凝组分，所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成。
优选地，所述水溶性铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、氢氧化铝中的一种或多种。
优选地，所述硅酸钠为低模数硅酸钠。
优选地，所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1~0.2。
优选地，所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥、硫铝水泥中的一种。
优选地，还包括减水组分。
优选地，所述减水组分为萘系高效减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种。
一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，包括渣土、磷石膏、固化剂和水，以质量百分比计，所述磷石膏占20~30 wt%，所述固化剂为专用固化剂。
优选地，所述专用固化剂中早强固化组分与磷石膏的重量比为1：10~30。
优选地，所述早强固化组分与磷石膏的重量比为1：25。
本发明的有益效果是：采用磷石膏和渣土作为主要原料制备流态固化土，有利于磷石膏固废的资源化回收，与现有技术相比磷石膏无需无害化预处理且用量大，能够作为磷石膏固废资源化回收的主要方式；采用水溶性铝盐和硅酸钠作为早强固化组分，和胶凝组分对磷石膏中的可溶性磷、氟及重金属离子等进行络合固化，形成铝酸盐和硅酸盐络合物，能够稳定磷石膏中的可溶磷、氟及重金属杂质，防止采用大量磷石膏作为原料的流态固化土产生环境污染；专用固化剂还能显著缩短流态固化土凝结时间，并且解决了磷石膏遇水强度降低的问题。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明提供了一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，包括早强固化组分、减水组分和胶凝组分。
所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成，水溶性铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、氢氧化铝中的一种或多种，硅酸钠为低模数硅酸钠，其模数n＜1.0。所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1~0.2。
所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥、硫铝水泥中的一种。
所述减水组分为萘系高效减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种。
实施例
本发明提供了一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，包括早强固化组分、减水组分和胶凝组分，其中早强固化组分的重量份数为10份，减水组分和胶凝组分的重量份数分别为6、100份。
所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成，水溶性铝盐为硝酸铝，硅酸钠为低模数硅酸钠。所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1。
所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述减水组分为萘系高效减水剂。
实施例
本发明提供了一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，包括早强固化组分、减水组分和胶凝组分，其中早强固化组分的重量份数为20份，减水组分和胶凝组分的重量份数分别为6、100份。
所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成，水溶性铝盐为硝酸铝，硅酸钠为低模数硅酸钠。所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1。
所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述减水组分为萘系高效减水剂。
实施例
本发明提供了一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，包括早强固化组分、减水组分和胶凝组分，其中早强固化组分的重量份数为30份，减水组分和胶凝组分的重量份数分别为6、100份。
所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成，水溶性铝盐为硝酸铝，硅酸钠为低模数硅酸钠。所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1。
所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥。
所述减水组分为萘系高效减水剂。
实施例
一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，以质量百分比计，包括20~50%的渣土、20~30%的磷石膏、1~10%的固化剂和10~50%的水，各组分质量百分比之和为100%。磷石膏直接作为原料使用，无需无害化预处理。所述固化剂为实施例1~4所述的专用固化剂中的一种。所述专用固化剂中早强固化组分与磷石膏的重量比为1：10~30，一个优选的比例为1：25。
实施例6~8
一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，包括渣土、磷石膏、固化剂和水，其质量比为49：29：7：15。所述磷石膏来自达州瓮福化工有限公司，所述固化剂分别为实施例2~4所述的专用固化剂。
本发明对磷石膏中的有害杂质具有固化、稳定作用。本发明利用早强固化组分和胶凝组分对磷石膏中的可溶性磷、氟及重金属离子等进行络合固化，形成铝酸盐和硅酸盐络合物，这些络合物本身具有胶结性能，使其在固化体中稳定不易被水浸出，从而达到不污染环境的目的。
将实施例8中的流态固化土加入70.7×70.7×70.7mm立方体试模，并放入标准养护箱（20℃±2℃，相对湿度≥95%）内养护28天，获得多个试样。
依据国家标准《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》，使用水平震荡法（HJ 557-2010）获得试样和磷石膏原料的浸出液。将养护28天的试样烘干后粉碎，放置于研钵中研磨并过筛，筛孔孔径为3 mm，将筛下物再置于干燥箱中烘干至恒重，称取100 g样品倒入2 L提取瓶中，按固液比1:10（g/mL）加入1000 mL去离子水后摇匀，垂直固定于往复式水平振荡装置上振荡8 h后静置16h，然后用具有0.45μm微孔滤膜的过滤装置过滤，其滤液即为浸出液。
采用电感耦合等离子体质谱法（HJ 766-2015）、微波消解/原子荧光法（HJ 702-2014）测定浸出液中的重金属含量，采用离子色谱法（GB 5085.3-2007）测定浸出液中的磷酸根的含量，采用离子选择性电极法（GB/T 15555.11-1995）检测浸出液中的氟化物的含量，检测结果如表1所示。由表1可知，实施例8提供的流态固化土制作的试样浸出液中重金属和氟化物的含量低于《GB 5085.3-2007 危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》中规定的浓度限值；磷酸根的含量也远低于磷石膏原料，并且低于《GB 8978-1996 污水综合排放标准》中规定的一级标准；说明本发明提供的固化剂对重金属、可溶氟、可溶磷的稳定作用较好。
本发明能够显著缩短流态固化土的凝结时间。准备一对比例，同实施例5，但其中固化剂不含早强固化组分；分别将对比例和实施例6~8提供的流态固化土加入Φ140mm×H70mm圆柱型容器，按照《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》中规定的凝结时间试验方法进行试验，记录凝结时间，结果如表2所示；实施例6~8使用的固化剂分别为实施例2~4提供的专用固化剂。可见，随着固化剂中早强固化组分含量的提高，流态固化土的凝结时间显著缩短，可满足施工要求快速凝结，其原因可能是Al3+和硅酸钠能促进水泥水化，缩短凝结时间。
本发明能够显著提高流态固化土的强度。分别将实施例6~8和如上所述的对比例提供的流态固化土加入70.7×70.7×70.7mm的立方体试模，并放入标准养护箱（20℃±2℃，相对湿度≥90%）内养护28天，获得多个试样，按照《JGJ/T 70-2009 建筑砂浆基本性能试验方法标准》中规定的立方体抗压强度检测方法对多个试样进行强度测试；将试样置于容器中水浸48h后，再测试其立方体抗压强度，结果如表3所示。可知，以实施例6~8提供的流态固化土制作的试样水浸48h后抗压强度无降低，而对比例降低明显，说明本发明解决了遇水强度降低的问题，原因可能是铝盐和硅酸钠在流态固化土中和水泥及磷石膏反应的水化产物可以填充孔隙，减少溶质的迁移和水的渗透，提高流态固化土的密实度，从而提高了流态固化土的抗水性。
以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，包括早强固化组分和胶凝组分，所述早强固化组分由水溶性铝盐和硅酸钠组成。
2.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，所述水溶性铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、氢氧化铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，所述硅酸钠为低模数硅酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，所述水溶性铝盐和硅酸钠的重量比为1：0.1~0.2。
5.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，所述胶凝组分为普通硅酸盐水泥、硫铝水泥中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，还包括减水组分。
7.根据权利要求6所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土专用固化剂，其特征在于，所述减水组分为萘系高效减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种。
8.一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，包括渣土、磷石膏、固化剂和水，其特征在于，以质量百分比计，所述磷石膏占20~30 %，所述固化剂为权利要求1~7任意一项所述的专用固化剂。
9.根据权利要求8所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，其特征在于，所述专用固化剂中早强固化组分与磷石膏的重量比为1：10~30。
10.根据权利要求9所述的一种以磷石膏为主要原料的流态固化土，其特征在于，所述早强固化组分与磷石膏的重量比为1：25。
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