專利名稱：改性磷石膏及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性磷石膏及其制備方法。
背景技術(shù)：
磷石膏是磷化工業(yè)中濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，其主要成分為二水石膏(Ca2S04*2H20)，通常磷石膏中二水石膏為85% 95%，并且含有少量磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，其含量與生產(chǎn)所用磷礦石成分有關(guān)。我國(guó)目前每年的磷石膏副產(chǎn)量超過(guò)5000萬(wàn)噸，僅有20%左右得到利用，大量磷石膏作為固體廢棄物堆存，累計(jì)堆存的磷石膏已經(jīng)超過(guò)2億噸，不僅占用了大量土地，還造成環(huán)境污染。加快磷石膏資源化利用，已成為磷化工業(yè)可持續(xù)發(fā)展急需解決的問(wèn)題。磷石膏基水泥混凝土是以磷石膏為主要原料，添加適量礦渣、鋼渣、硅酸鹽水泥熟料等原料，制備出的一種具有較高強(qiáng)度的水硬性的膠凝材料。磷石膏基水泥混凝土具有強(qiáng)度高，耐水性好，抗硫酸鹽侵蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，可以用在淡水和海水等工程中。但是磷石膏基水泥混凝土由于使用的磷石膏中含有磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)的影響，凝結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，早期強(qiáng)度低，從而影響其使用性能。因此，如何縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間，提高其早期強(qiáng)度，成為磷石膏基水泥混凝土推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。目前我國(guó)關(guān)于縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的文獻(xiàn)尚不多見(jiàn)，但近期有兩項(xiàng)發(fā)明專利中對(duì)類似技術(shù)進(jìn)行了介紹。專利申請(qǐng)?zhí)枮?2138088. 0的“改性磷石膏及其制備”專利中，申請(qǐng)人介紹了一種利用磷肥廠廢磷石膏，以其它廢渣、廢液為添加劑生產(chǎn)水泥水泥緩凝劑和水泥增強(qiáng)劑的改性磷石膏及其制備。其主要重量組成為添加劑(硫酸鋁渣、明礬石、草木灰、膨潤(rùn)土、礦渣、地開(kāi)石、造紙廠及堿廠的廢液廢渣、白泥和海泡石當(dāng)中的1、2或者3種)10% 30%、磷石膏70% 90%。將重量比70% 90%磷石膏和10% 30%添加劑混合，堆放在一定溫度下中制得改性磷石膏，如果將30 100°C悶熱處理8 48小時(shí)的改性磷石膏成型經(jīng)烘干后成為水泥緩凝劑，如果將悶熱8 24小時(shí)的改性磷石膏經(jīng)600 900°C高溫煅燒，即可成為水泥增強(qiáng)劑。該專利雖然給出了一種磷石膏的改性方法，但添加劑摻量高，需要一定溫度處理，因此改性處理方法成本較高，工藝復(fù)雜。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110373403. 7的“具有抗起砂和抗碳化性能的石膏基混凝土及其制備方法”的專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人介紹了一種石膏基混凝土制造及提高抗起砂碳化性能的方法。其特征在于將工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)與一定配比的鋼渣粉或再加一定量的聚羧酸類外加劑，加水?dāng)嚢璩墒噤撛鼭{，并陳化一定時(shí)間后，再與礦渣粉、硅酸鹽水泥、鋼渣粉、砂子、石子、聚羧酸類外加劑、水等原料攪拌制成石膏基混凝土。各原料所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(干基)為工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏或脫硫石膏或氟石膏)5. 51% 10. 26%，鋼渣粉0. 10% I. 10%,礦渣粉7. 60% 11. 40%,硅酸鹽類水泥0. 00% 0. 90%,砂子27. 00% 32. 00%，石子42. 96% 47. 96%，聚羧酸類外加劑0. 03% 0. 30%。該發(fā)明開(kāi)發(fā)出了一種具有水硬性的抗起砂和抗碳化性能好的石膏基混凝土，可大量利用磷石膏，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成、本低、能耗少、有利于環(huán)保，但該發(fā)明所制造的石膏基混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，早期強(qiáng)度較低，不利于其推廣應(yīng)用。雖然該發(fā)明人提出了“將鋼渣粉與未烘干的工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)按一定的配比加水?dāng)嚢璩墒噤撛鼭{體，并陳化一定時(shí)間，鋼渣中的活性鈣會(huì)與工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)中的這些酸性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，可有效提高石膏基水泥的早期強(qiáng)度?！钡捎诹资噤撛鼭{中，活性鋁的含量很低，只是通過(guò)鋼渣中的活性鈣與磷石膏中的酸性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，還不足以使磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間達(dá)到理想水平。如果在磷石膏中，摻入少量通用硅酸鹽水泥后，濕磨制成漿并陳化一定時(shí)間后，通用硅酸鹽水泥中的活性鈣和活性鋁會(huì)與磷石膏中的CaSO4 2H20反應(yīng)，形成溶解度更低的水化硫鋁酸鈣類水化產(chǎn)物，可進(jìn)一步縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間并提高其早期強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改性磷石膏及其制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，該方法制備的改性磷石膏可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是改性磷石膏，其特征在于它由磷石膏、通用硅酸鹽水泥和水混合濕磨后陳化而成，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為(“干基”是指磷石膏、通用硅酸鹽水泥不含水的量，即除去水后的量)磷石膏95% 99%,通用娃酸鹽水泥1% 5%,磷石膏和通用娃酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石骨和通用娃酸鹽水泥總質(zhì)量的50% 70%,水的加入量含磷石骨中自由水的量。磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)最佳為磷石膏97% 98%，通用硅酸鹽水泥2% 3%。水的加入量最佳為磷石膏和通用硅酸鹽水泥總質(zhì)量的60%。上述改性磷石膏的制備方法，其特征在于它包括如下步驟按磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為(“干基”是指磷石膏、通用硅酸鹽水泥不含水的量，即除去水后的量)磷石膏95% 99%，通用硅酸鹽水泥1% 5%，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石骨和通用娃酸鹽水泥總質(zhì)量的50% 70%,水的量含磷石膏中自由水的量；將磷石膏、通用硅酸鹽水泥和水混合濕磨均勻后，陳化8小時(shí)以上的時(shí)間(8 72小時(shí))，得到改性磷石膏。所述磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏的含水粉狀物料。所述通用硅酸鹽水泥為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或復(fù)合硅酸鹽水泥等通用硅酸鹽水泥。本發(fā)明將磷石膏與通用硅酸鹽水泥按上述比例，外加適量水混合攪拌均勻后，在通用硅酸鹽水泥的堿性激發(fā)作用下，通用硅酸鹽水泥中的活性鈣和活性鋁會(huì)與磷石膏中CaSO4 2H20反應(yīng)，形成溶解度更低的水化硫鋁酸鈣類水化產(chǎn)物，從而固溶進(jìn)吸附在磷石膏中CaSO4 . 2H20表面的磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，消除磷石膏中磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)對(duì)通用硅酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間的影響(吸附和固化了磷石膏中的磷、氟、有機(jī)質(zhì)等造成水泥凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、早期強(qiáng)度降低的有害雜質(zhì)成分)，可有效縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間并提高其早期強(qiáng)度。本發(fā)明的有益效果是1、該方法工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需高溫養(yǎng)護(hù)(能耗少)、外加劑(通用硅酸鹽水泥)摻量少、成本低、不會(huì)產(chǎn)生二次污染。2、改性磷石膏(即改性后的磷石膏)替代天然石膏用于生產(chǎn)磷石膏基水泥混凝土，與未處理磷石膏相比，磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間明顯縮短，并提高其早期強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。如下實(shí)施例中所用到的原料將硅酸鹽水泥熟料(取自華新水泥股份有限公司)、天然石膏(SO3含量為44. 8 wt%，取自華新水泥股份有限公司)、礦渣(取自武漢鋼鐵公司)、石灰石(取自華新水泥股份有限公司)分別粉磨成熟料粉(如表2、表5中所用的熟料粉)、天然石膏粉、礦渣粉、石灰石粉。比表面積檢測(cè)結(jié)果為硅酸鹽水泥熟料粉為365m2/kg，天然石膏粉為405m2/kg，礦渣粉為385m2/kg，石灰石粉為506m2/kg。粉煤灰直接取自武漢市陽(yáng)羅電廠的一級(jí)粉煤灰，測(cè)定比表面積為375m2/kg。磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏(CaSO4 2H20);天然石膏主要成分為二水石膏(CaSO4 2H20);硅酸鹽水泥熟料主要礦物為硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。石灰石為天然礦石，主要成分為碳酸鈣(CaCO3)0粉煤灰為然煤電廠煙囪收集下來(lái)的粉煤灰，其主要化學(xué)成分是二氧化硅(Si02)、三氧化二招(A1203)、氧化|丐(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鐵(Fe2O3)等。所述的礦洛為鋼鐵廠的高爐水淬礦渣，其主要化學(xué)成分是二氧化硅(Si02)、三氧化二鋁(A1203)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO )、氧化猛(MnO )、氧化鐵(FeO )等。實(shí)施例I :
改性磷石膏(改性磷石膏漿)的制備將磷石膏(取自湖北省黃麥嶺磷化工有限責(zé)任公司)測(cè)定出自由水含量，然后與礦渣硅酸鹽水泥按表I的配比混合后，外加60%的水(含磷石膏中的自由水，水的加入量為磷石膏和礦渣硅酸鹽水泥總質(zhì)量的60%)，濕磨成磷石膏漿，攪拌均勻并按表I中的陳化時(shí)間陳化后，得到改性磷石膏。按表2的配合比配制成磷石膏基水泥混凝土。然后按GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定磷石膏基水泥混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間；按GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)磷石膏基水泥混凝土的強(qiáng)度，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。表I磷石膏漿的配比權(quán)利要求
1.改性磷石膏，其特征在于它由磷石膏、通用硅酸鹽水泥和水混合濕磨后陳化而成，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為磷石膏95% 99%，通用硅酸鹽水泥1% 5%,磷石骨和通用娃酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石骨和通用娃酸鹽水泥總質(zhì)量的50% 70%,水的量含磷石骨中自由水的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性磷石膏，其特征在于，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)最佳為磷石膏97% 98%，通用硅酸鹽水泥2% 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的改性磷石膏，其特征在于，水的加入量為磷石膏和通用硅酸鹽水泥總質(zhì)量的60%。
4.如權(quán)利要求I所述改性磷石膏的制備方法，其特征在于它包括如下步驟按磷石膏和通用娃酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為磷石骨95% 99%,通用娃酸鹽水泥1% 5%,磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石膏和通 用娃酸鹽水泥總質(zhì)量的50% 70%,水的量含磷石骨中自由水的量；將磷石骨、通用娃酸鹽水泥和水混合濕磨均勻后，陳化8小時(shí)以上的時(shí)間，得到改性磷石膏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性磷石膏的制備方法，其特征在于，所述磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏的含水粉狀物料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性磷石膏的制備方法，其特征在于，所述通用硅酸鹽水泥為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或復(fù)合硅酸鹽水泥。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性磷石膏及其制備方法。改性磷石膏，其特征在于它由磷石膏、通用硅酸鹽水泥和水混合濕磨后陳化而成，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為磷石膏95%～99%，通用硅酸鹽水泥1%～5%，磷石膏和通用硅酸鹽水泥所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%；水的加入量為磷石膏和通用硅酸鹽水泥總質(zhì)量的50%～70%，水的量含磷石膏中自由水的量。該方法工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需高溫養(yǎng)護(hù)、外加劑摻量少、成本低，該方法制備的改性磷石膏可縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間。
文檔編號(hào)C04B11/26GK102745926SQ20121024270
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者林宗壽 申請(qǐng)人:武漢億勝科技有限公司