煅烧预处理对磷石膏基复合胶凝材料的影响

摘要

磷石膏(Phosphogypsum,简称为PG)是湿法磷酸生产过程中的副产物,其主要成分为二水石膏(CaSO4·2H2O),还有Si、P、F、有机物及其它一些杂质,呈酸性。磷石膏基复合胶凝材料(Phosphogypsum-based composite binder,简称为PGCB)是磷石膏用于石膏建材的一种有效资源化途径。然而,二水石膏微溶于水(溶解度为2g/L,20°C),耐水性较差;水溶性磷会延长PGCB复合胶凝材料的凝结时间,降低其砂浆PGCB胶砂试件的强度;水溶性氟降低凝结时间,密度和强度。
　　在课题组前期工作基础上,本论文以广西鹿寨中远化工有限公司副产磷石膏为研究对象,用煅烧预处理磷石膏制备PGCB复合胶凝材料,其配比为:磷石膏(80％),粉煤灰(7%),普通硅酸盐水泥(10%),消石灰(3%)及少量外加剂。主要研究内容包括以下方面:
　　1、煅烧预处理工艺对消除磷石膏中杂质的影响规律,以及煅烧工艺对磷石膏相变的影响规律。
　　在实验室用马弗炉对磷石膏进行煅烧预处理。煅烧温度达到150°C,保温时间2h,水溶性氟低于检测限。煅烧温度达到500°C,保温时间2h时,水溶性磷低于检测限。低温(低于500°C)煅烧磷石膏形成的是一个由二水石膏,半水石膏,III型无水石膏及少量难溶性无水石膏组成的混合物。当煅烧温度达到500°C及以上时,石膏相则基本上由无水石膏的两个变体难溶性无水石膏和不溶性无水石膏组成。实验结果表明:煅烧预处理工艺对磷石膏具有明显的除杂效果,煅烧预处理工艺对磷石膏相具有明显的改变。
　　2、系统开展了不同煅烧工艺制备的PGCB复合胶凝材料的强度、耐水性等性能的测试。
　　随着煅烧温度的升高,PGCB胶砂试件的7d强度经过缓慢的上升,在600°C达到峰值后开始下降。PGCB胶砂试件28d的强度一直上升,在800°C达到峰值。800°C预处理磷石膏制备的PGCB胶砂试件28d抗折强度达到5.9MPa,抗压强度达到30.9MPa。普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland cement,简称OPC)对比试件28d抗折强度为7.5MPa,抗压强度为50.2MPa。随着煅烧温度的升高,软化系数总趋势不断升高,但700°C以前软化系数都没有超过0.40。800°C处理磷石膏制备的PGCB胶砂试件的软化系数达到了0.66,具有一定的耐水性。PGCB胶砂试件经过10d的动水溶蚀率实验,或30d的静水溶蚀率实验,800°C预处理磷石膏制备的PGCB胶砂试件外观都完好无损。实验结果表明,经过煅烧预处理工艺制备的PGCB复合胶凝材料的强度较高,耐水性能优良。
　　3、探讨了不同煅烧工艺制备的PGCB复合胶凝材料的强度性能和耐水性能与石膏相变化之间的相互关系。
　　在500°C及以上煅烧温度下的水溶性磷、氟杂质几乎为零,因此杂质影响较小,PGCB复合胶凝材料的性能主要由由石膏相决定。不同煅烧预处理温度下磷石膏的石膏相不同,从而制备的PGCB复合胶凝材料的性能不同。实验结果表明:半水石膏和III型无水石膏主导的PGCB胶砂试件后期强度远不如由难溶无水石膏和不溶无水石膏主导的试件的强度高。耐水性也是如此。
　　本论文的研究成果对于磷石膏煅烧预处理工艺及磷石膏在复合胶凝材料中的应用具有一定参考价值。

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1 绪 论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 磷石膏资源化综合利用现状

1.3 磷石膏的预处理现状

1.4 待解决的技术难题

1.5 本论文主要研究内容及研究路线

2 实验原料及实验方法

2.1 实验原料

2.2 实验方法

2.3 主要实验仪器设备

2.4 主要实验化学试剂

3 煅烧预处理对杂质和相变的影响

3.1 煅烧预处理磷石膏

3.2 煅烧预处理对磷石膏中氟磷杂质的影响

3.3 煅烧预处理对磷石膏相变的影响

3.4 本章小结

4 煅烧预处理对PGCB复合胶凝材料性能的影响

4.1 PGCB复合胶凝材料配方

4.2 煅烧预处理对标准稠度用水量，凝结时间，安定性的影响

4.3 磷石膏煅烧预处理对PGCB复合胶凝材料的水化产物的影响

4.4 PGCB胶砂试件的质量变化

4.5 煅烧预处理对PGCB复合胶凝材料强度的影响

4.6 本章小结

5 PGCB复合胶凝材料耐水性能研究及实用性能探索

5.1 PGCB复合胶凝材料耐水性性能研究

5.2 PGCB复合胶凝材料的实用性能探索

5.3 本章小结

6 结论和建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文