改質(zhì)磷石膏作水泥緩凝劑的試驗(yàn)

2007-06-28 00:00

開發(fā)利用磷石膏來代替部分天然石膏作水泥緩凝劑，既可節(jié)約天然石膏資源和降低水泥成本，又可綜合利用工業(yè)廢渣，從而解決堆存磷石膏造成的生態(tài)環(huán)境污染問題。我們采用了兩種不同性質(zhì)的無機(jī)非金屬材料對(duì)磷石膏進(jìn)行改質(zhì)，試驗(yàn)證明，改質(zhì)后的磷石膏混合物或人工礦石，可完全代替天然二水石膏作緩凝劑。

1　試驗(yàn)材料

　　試驗(yàn)用熟料及粉煤灰化學(xué)成分見表1，天然二水石膏、磷石膏化學(xué)成分見表2。

表1 熟料及粉煤灰化學(xué)成分

材料名稱	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	Loss	全水分	SO₃	Σ	fCaO	KH	KH－	n	P	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF
干法回轉(zhuǎn)窯熟料	21.90	3.28	5.12	65.18	1.67	0.92	－	－	98.00	0.96	0.906	0.891	2.61	1.56	55.96	20.55	8.00	9.97
機(jī)立窯熟料	20.92	4.53	5.53	64.68	1.17	1.32	－	－	98.15	2.36	0.921	0.881	2.08	1.22	51.13	21.43	6.97	13.77
電廠干排粉煤灰	53.48	4.82	29.63	4.20	1.50	3.64	0.80	0.56	97.26	－	－	－	－	－	－	－	－	－

表2 天然二水石膏、磷石膏及改質(zhì)后磷石膏化學(xué)成分

材料名稱	附著水	結(jié)晶水	SO₃	水溶性P₂O₅	水溶性F^－	NH₄^＋	pH	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	Σ
邳州遠(yuǎn)大石膏礦天然二水石膏	1.68	16.48	37.21	－	－	－	6.5	12.10	0.56	1.24	27.56	0.67	97.50
鹽城磷肥廠原狀磷石膏	12.05	16.55	37.16	0.58	0.35	0.10	0.5	4.18	0.21	0.24	27.69	0.25	99.36
改質(zhì)磷石膏	3.85	16.12	36.24	0.018	微量	微量	10	5.74	0.61	0.89	33.52	0.48	97.47

　　原狀磷石膏中含有少量的水溶性P₂O₅、F^-、及酸性有機(jī)物等雜質(zhì)，其pH值一般在0.5～2.0之間，附著水在15.0%～20.0%。直接作水泥緩凝劑可顯著地延緩水泥的凝結(jié)，使水泥早期強(qiáng)度下降。

2　原狀磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑水泥性能對(duì)比

　　原狀磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑時(shí)水泥性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表3。從表3可看出，摻原狀磷石膏的水泥凝結(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，1d、3d抗壓強(qiáng)度顯著下降，故無法在水泥生產(chǎn)中應(yīng)用。

表3 原狀磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑時(shí)水泥性能對(duì)比試驗(yàn)

序號(hào)	水泥配比/%				篩余 /%	比表面積 /(m²/kg)	稠度/%	SO₃ /%	Loss /%	熟料MgO /%	安定性	凝結(jié)時(shí)間 /(h:min)		抗折強(qiáng)度/MPa				抗壓強(qiáng)度/MPa
序號(hào)	熟料	粉煤灰	天然石膏	磷石膏	篩余 /%	比表面積 /(m²/kg)	稠度/%	SO₃ /%	Loss /%	熟料MgO /%	安定性	初凝	終凝	1d	3d	7d	28d	1d	3d	7d	28d
1	95.0		5.0		3.2	338	24.5	2.43	1.10	1.39	合格	1:58	3:10	3.8	6.0	7.2	8.6	16.0	40.0	51.0	63.0
2	86.0	10.0	4.0		3.2	338	25.5	2.12	1.50	1.39	合格	2:10	3:20	3.4	5.5	6.6	8.1	14.0	35.0	46.0	59.0
3	76.0	20.0	4.0		3.1	335	26.5	2.08	1.70	1.39	合格	2:35	4:20	2.8	5.3	6.4	8.0	12.9	31.8	42.9	54.8
4	66.0	30.0	4.0		3.1	338	28.0	2.08	1.90	1.39	合格	2:55	4:50	2.5	5.0	6.1	7.5	11.8	27.8	38.9	51.2
5	95.0			5.0	3.2	340	24.5	2.58	1.10	1.39	合格	3:45	6:28	2.8	5.2	7.0	8.5	12.9	37.0	48.0	63.2
6	86.0	10.0		4.0	3.2	342	25.5	2.21	1.50	1.39	合格	4:40	7:10	2.4	4.7	6.5	8.1	9.5	30.0	44.0	59.0
7	76.0	20.0		4.0	3.1	334	26.5	2.18	1.74	1.39	合格	6:30	9:20	1.8	4.5	6.2	8.1	9.0	27.8	40.7	54.9
8	66.0	30.0		4.0	3.2	337	28.0	2.19	1.95	1.39	合格

3　改質(zhì)磷石膏作緩凝劑的試驗(yàn)

　　我們采用A、B兩種無機(jī)非金屬材料同時(shí)作激發(fā)劑，A為氣硬性膠凝材料，B為水硬性膠凝材料。即將少量的A與B和磷石膏混合，充分?jǐn)嚢枋蛊溥M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使磷石膏中P₂O₅、F^-、生成難溶于水的鈣鹽，中和生成NH₃揮發(fā)掉，P₂O₅、F^-、化合量達(dá)98%以上。并利用A、B特有的膠凝作用使部分水溶性物質(zhì)提前發(fā)生“水化效應(yīng)”，從而解決了磷石膏妨礙水泥早期水化的難題。使用改質(zhì)磷石膏及天然二水石膏作緩凝劑時(shí)水泥性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。

表4 改質(zhì)磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑的水泥性能對(duì)試驗(yàn)
(采用同一種回轉(zhuǎn)窯熟料)

序號(hào)	水泥配比/%				篩余 /%	比表面積 /(m²/kg)	稠度/%	SO₃ /%	Loss /%	MgO /%	安定性	凝結(jié)時(shí)間 /(h:min)		抗折強(qiáng)度/MPa				抗壓強(qiáng)度/MPa
序號(hào)	熟料	粉煤灰	天然石膏	改質(zhì)磷石膏	篩余 /%	比表面積 /(m²/kg)	稠度/%	SO₃ /%	Loss /%	MgO /%	安定性	初凝	終凝	1d	3d	7d	28d	1d	3d	7d	28d
1	95.0		5.0		3.3	335	24.5	2.42	0.90	1.60	合格	1:20	2:30	4.5	7.0	8.0	9.2	17.0	41.0	52.5	66.4
2	86.0	10.0	4.0		3.2	338	25.0	2.20	1.00	1.60	合格	2:00	3:00	4.0	6.4	7.5	8.6	15.7	35.5	47.7	61.5
3	76.0	20.0	4.0		3.1	340	26.0	2.12	1.20	1.60	合格	2:20	3:30	3.4	5.5	6.6	8.1	13.8	33.4	44.1	56.7
4	66.0	30.0	4.0		3.2	340	27.5	2.17	1.50	1.60	合格	2:45	4:00	2.9	5.3	6.4	7.9	12.5	29.8	40.8	53.2
5	95.0			5.0	3.2	338	24.5	2.43	0.90	1.60	合格	1:50	2:58	4.6	7.0	8.0	9.2	17.5	41.8	53.0	67.2
6	86.0	10.0		4.0	3.1	340	25.0	2.20	1.22	1.60	合格	2:20	3:20	4.2	6.5	7.6	8.7	16.2	36.4	48.5	62.3
7	76.0	20.0		4.0	3.1	340	26.0	2.13	1.50	1.60	合格	2:41	3:55	3.5	5.6	6.7	8.2	14.9	34.8	45.7	58.1
8	66.0	30.0		4.0	3.3	340	27.5	2.18	1.68	1.60	合格	3:05	4:25	3.0	5.4	6.5	8.0	13.6	31.8	42.9	55.3

表5 改質(zhì)磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑的水泥性能對(duì)比試驗(yàn)(采用同一種機(jī)立窯熟料)

序號(hào)	水泥配比/%				篩余/%	比表面積 /(m²/kg)	稠度 /%	SO₃ /%	Loss /%	MgO /%	安定性	凝結(jié)時(shí)間 /(h:min)		抗折強(qiáng)度/MPa				抗壓強(qiáng)度/MPa
序號(hào)	熟料	粉煤灰	天然石膏	改質(zhì)磷石膏	篩余/%	比表面積 /(m²/kg)	稠度 /%	SO₃ /%	Loss /%	MgO /%	安定性	初凝	終凝	1d	3d	7d	28d	1d	3d	7d	28d
1	95.0		5.0		3.0	345	25.0	2.54	1.50	1.17	合格	1:50	2:58	3.5	5.6	7.0	8.3	14.0	36.2	48.0	58.7
2	86.0	10.0	4.0		3.0	350	25.5	2.30	1.85	1.17	合格	2:30	3:35	3.0	5.4	6.4	7.7	13.1	32.8	44.0	56.6
3	76.0	20.0	4.0		3.0	350	26.5	2.26	2.00	1.17	合格	2:58	4:15	2.7	5.3	6.4	7.6	12.9	28.4	40.2	52.7
4	66.0	30.0	4.0		3.0	350	28.0	2.20	2.50	1.17	合格	3:15	4:35	2.5	5.0	6.1	7.2	10.8	25.8	33.5	46.0
5	95.0			5.0	3.1	350	25.0	2.57	1.80	1.17	合格	1:58	3:05	3.6	5.7	7.1	8.3	14.2	36.3	48.2	58.9
6	86.0	10.0		4.0	3.0	350	25.5	2.30	2.20	1.17	合格	2:45	3:55	3.2	5.4	6.4	7.7	13.4	34.0	45.1	57.7
7	76.0	20.0		4.0	3.0	350	26.5	2.26	2.40	1.17	合格	3:15	4:35	3.0	5.3	6.4	7.7	12.6	30.4	41.5	53.8
8	66.0	30.0		4.0	3.0	345	28.0	2.23	2.70	1.17	合格	3:50	4:58	2.8	5.2	6.2	7.3	11.2	27.4	35.1	48.2

　　從表4、表5可見，摻改質(zhì)磷石膏的水泥凝結(jié)時(shí)間及1d、3d、28d強(qiáng)度接近或好于摻天然二水石膏的水泥?；炷列阅芙?jīng)試驗(yàn)對(duì)比沒有明顯變化，28d抗壓強(qiáng)度有所提高。

4　改質(zhì)磷石膏工藝流程及技術(shù)要求

　　
4.1　工藝流程
　　將原狀磷石膏計(jì)量按配方要求均勻加入A、B兩種無機(jī)非金屬材料，用皮帶輸送機(jī)送入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中攪拌5～8min，水分控制在15%左右，一般無須加水而直接利用磷石膏附著水。攪拌后的混合物送入堆棚進(jìn)行自然水化反應(yīng)24h后，將其運(yùn)至?xí)駡?chǎng)曬干(附著水小于5%)，入庫堆存5～7d繼續(xù)進(jìn)行水化反應(yīng)使其具有“水化效應(yīng)”?；?qū)⑺磻?yīng)24h后的混合物擠壓成人工礦石，堆存5～7d后破碎入庫，人工礦石抗壓強(qiáng)度一般控制在3MPa左右。
4.2　改質(zhì)磷石膏技術(shù)要求
　　1)水溶性P₂O₅<0.02%；
　　2)改質(zhì)磷石膏水料比為1∶1時(shí)pH≥9；
　　3)SO₃≥35.0%；
　　4)附著水≤5.0%；
　　5)放射性物質(zhì)含量符合建材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

5　改質(zhì)磷石膏成本

　　改質(zhì)磷石膏成本分析見表6，改質(zhì)磷石膏成本約為75元/t。

表6 每噸磷石膏入庫成本

磷石膏到廠價(jià)	A、B兩種非金屬材料價(jià)	工人工資(包括入庫)	電費(fèi)	管理費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)	合計(jì)
30.00	25.00	15.00	2.00	3.00	75.00

6　運(yùn)輸處理過程中的環(huán)保問題

　　1)改質(zhì)磷石膏處理車間最好建在磷肥廠內(nèi)，使其形成產(chǎn)品后再銷售。
　　2)原狀磷石膏在運(yùn)輸過程中一般采用船或汽車裝運(yùn)到水泥廠處理車間或倉庫，直接進(jìn)行中和堆存固化處理，基本全在室內(nèi)進(jìn)行。處理后的磷石膏水溶性物質(zhì)98%以上轉(zhuǎn)為不溶性物質(zhì)，呈小顆粒狀，故晾曬時(shí)不會(huì)形成二次污染。目前已與當(dāng)?shù)亓追蕪S進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)。

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