磷石膏基建筑石膏改性及产性能评价

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磷石膏的主要成分是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),它是湿法生产磷酸时产生的固体工业副产物,每生产1吨磷酸,约排出45吨的磷石膏,由于湿法制备磷酸所产生的磷石膏中含有较多对磷石膏相关制品性能有影响的杂质,使其综合利用较为困难。目前大部分磷肥企业对磷石膏的处理方式主要以堆存为主,综合利用为辅,据统计我国的磷石膏堆存量已经超过了3亿吨,如此大量的磷石膏堆存处理占用了大量的土地,并且对周围的环境带来很大的污染。随着优质天然石膏资源的逐渐枯竭,以工业副产磷石膏作为替代资源的研究思路得到广泛的关注,提高磷石膏的综合利用率,对我国经济和环境的可持续发展具有重要意义。本文针对由磷石膏制备的建筑石膏所存在的性能缺陷,首先优化了磷石膏制备建筑石膏的工艺参数,然后对所制备的磷石膏基建筑石膏通过添加不同的外加剂进行改性,分别研究不同改性剂对其性能的影响,得到如下结论:(1)磷石膏基建筑石膏制备的最优工艺参数:煅烧温度150℃、煅烧5h、陈化时间3d。此工艺条件下制备的建筑石膏标准稠度用水量为82%;初凝时间9′30″,终凝时间15′30″;2h抗折、抗压强度分别为2.21MPa、4.43MPa,绝干抗折、抗压强度分别为4.36MPa、9.64MPa,其中2h强度达到了建筑石膏国标GB/T9776-2008中的2.0级。(2)当煅烧温度为200℃400℃时磷石膏的主要煅烧产物为Ⅲ型无水石膏;当煅烧温度为450℃550℃时磷石膏的主要煅烧产物为慢溶型硬石膏;当煅烧温度大于550℃时磷石膏的煅烧产物在不添加外加剂的情况下失去水化能力。(3)增强剂主要是通过化学作用对磷石膏基建筑石膏进行改性,本文选取了硫酸钠、尿素、硫酸铝、氢氧化铝四种物质进行单掺及混掺改性试验,结果表明增强剂单掺改性效果最好的是硫酸铝,最优掺量为1.5%,;增强剂混掺时双掺改性效果最好,最佳组合为硫酸铝1.5%+尿素0.7%,增强剂三掺以及四掺改性效果都不如单因素好。(4)减水剂主要是通过表面物理作用对磷石膏基建筑石膏进行改性,本文选取了木质素磺酸钙、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸减水剂四种物质进行减水剂单掺及复掺试验,结果表明木质素磺酸钙改性效果差,不适合作为建筑石膏的减水剂使用;其它三种减水剂单掺最优掺量分别为:聚羧酸系减水剂(0.5%)、三聚氰胺系减水剂(0.3%)、萘系减水剂(0.3%),其中三聚氰胺减水剂改性效果最好,减水率达到了25.61%,且改性后的石膏试件强度提升明显;减水剂双掺对建筑石膏物理性能的改善与单掺相比不明显,并且会增加较高的成本,因此在减水剂使用时不选择双掺。(5)通过使用多聚磷酸钠、柠檬酸钾、动物蛋白缓凝剂三种物质对磷石膏基建筑石膏进行缓凝剂改性试验,结果表明动物蛋白缓凝剂缓凝效果最好,并且对建筑石膏的强度影响较小。因此在磷石膏基建筑石膏缓凝剂选择方面优先选择动物蛋白缓凝剂,具体掺量根据实际需求而定。(6)优化试验方案的复合改性剂配比为:1.5%硫酸铝+0.7%尿素+0.3%三聚氰胺减水剂,利用复合改性剂改性后磷石膏基建筑石膏的减水率达到了26.83%,与空白组相比改性石膏砌块2h抗折、抗压强度分别提升了45.61%、70.02%;绝干抗折、抗压强度分别提升了43.08%、77.36%,结果表明改性磷石膏基建筑石膏的性能得到了很大的提升。(7)本文以年处理100万吨磷石膏生产60万吨改性磷石膏基建筑石膏粉并加工为石膏空心砌块出售为计算依据,进行了技术经济分析,结果表明,此法可以有效处理目前磷肥企业大量堆存的磷石膏,解决由此带来的占地以及环境污染问题,并具有良好的经济效益跟环境效益,未来的市场潜力较好。
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