工业副产石膏资源化处理及用于干粉涂料制备的研究

摘要

工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙(含零到两个结晶水)为主要成分的副产品或废渣,因此也称化学石膏。工业副产石膏是很好的再生资源,对它们进行综合利用既有利于保护环境,又能节约能源和资源。建材行业是我国发展循环经济的重要行业,工业副产石膏可以作为生产建材产品的替代原料,有利于建设资源节约型、环境友好型的建材产业。
　　 由于工业副产石膏在生产过程中往往带有杂质,这些杂质会影响工业副产石膏的利用,并且石膏本身存在的强度不高、耐水性差等缺陷,这些都是石膏产品亟待解决的问题。本文对脱硫石膏、磷石膏的利用进行了系统的研究,力求在大量的实验基础上,获得了一些实验结果和理论,主要工作如下:
　　 (1)研究了煅烧温度对脱硫石膏和磷石膏的影响,实验发现当脱硫石膏低温煅烧(150℃左右)成半水石膏时,各项指标均达到国家标准中建筑石膏优等品的要求；磷石膏在高温煅烧(800℃左右)成Ⅱ型无水石膏时,具有较好的后期水化能力。
　　 (2)将半水石膏、无水石膏与高炉矿渣以一定比例混合后制备成石膏基复合材料,研究了氧化钙和白水泥分别作为激发剂对复合材料性能的影响。实验发现氧化钙和白水泥均能有效提高复合材料的强度和耐水性,且白水泥的激发效果要好于氧化钙。
　　 (3)通过对添加氧化钙和白水泥的复合材料的微观分析发现,两者均能使材料内部结构更加致密,从而提高材料的强度和耐水性,但添加过量氧化钙产生的凝胶状钙矾石(Ettringite)会产生裂纹,破坏体系；白水泥掺入后生成的长针状钙矾石是影响材料强度的主要因素,其对体系的作用要大于另一种水化产物C-S-H凝胶,适量的钙矾石会提高材料的强度,但过量白水泥会生成大量细针状钙矾石而导致材料体系膨胀,产生微裂纹,降低材料的力学性能。
　　 (4)将有机硅胶粉添加到石膏基复合材料体系中能提高材料的粘结强度和耐水性能,特别在养护28d后,有机硅胶粉形成的聚合物膜与材料内部晶体以及颗粒形成较致密的网络结构,能进一步填充体系中的孔隙,起到改善复合材料性能的作用。
　　 (5)将石膏基复合材料用于干粉涂料的制备工艺,实验发现聚乙烯醇和可再分散乳胶粉对涂料的性能改善都可起到重要作用,能增强涂膜的耐碱性、耐冻融循环、干擦性、耐洗刷性等性能,对于石膏基复合材料来说聚乙烯醇用量要小,且对涂膜性能的提升要优于可再分散乳胶粉。
　　 (6)通过将干粉涂料的性能与国家内墙涂料的标准进行对比,发现本实验中的干粉涂料能完全达到甚至优于国家标准,具有性能优良、价格低廉、环保节能、使用方便等优势,具有很好的市场应用潜力。

目录

文摘

英文文摘

第1章 文献综述

1.1 研究背景及意义

1.2 工业副产石膏的综合利用现状

1.2.1 脱硫石膏利用现状

1.2.2 磷石膏利用现状

1.2.3 氟石膏利用现状

1.2.4 其他工业副产石膏

1.3 干粉建筑涂料的特性

1.3.1 建筑涂料简介

1.3.2 干粉涂料的优势

1.4 国内外干粉涂料的现状及发展趋势

1.4.1 国内外干粉涂料现状

1.4.2 干粉建筑涂料的发展趋势

1.5 石膏在干粉涂料中的应用

1.6 本论文的主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 石膏基胶凝材料原材料

2.1.1 脱硫石膏

2.1.2 磷石膏

2.1.3 高炉矿渣

2.1.4 生石灰(CaO)

2.1.5 白水泥

2.1.6 其它助剂

2.2 实验仪器及设备

2.2 试验方法

2.3.1 石膏复合胶凝材料的制备

2.3.2 干粉涂料制备工艺

2.4 性能测试

2.4.1 石膏基复合胶凝材料的性能检测

2.4.2 干粉涂料性能检测

第3章 工业副产石膏煅烧温度的研究

3.1 石膏脱水过程

3.2 脱硫石膏的煅烧处理

3.2.1 脱硫石膏的形成及特性

3.2.2 不同煅烧温度下脱硫石膏的物理性能

3.2.3 煅烧温度对脱硫石膏物相组成的影响

3.2.4 不同煅烧温度脱硫石膏粉体的显微结构

3.3 磷石膏的煅烧处理

3.3.1 磷石膏的杂质及其预处理

3.3.2 不同煅烧温度下磷石膏物理性能

3.3.3 煅烧温度对磷石膏的物相组成及结晶度的影响

3.3.4 不同煅烧温度磷石膏粉体的显微结构

3.4 本章小结

第4章 工业副产石膏复合胶凝材料的研究

4.1 复合胶凝材料基本配方的确定

4.2 激发剂对石膏基复合胶凝材料的影响

4.3 激发剂对复合胶凝材料的影响

4.3.1 复合胶凝材料的XRD物相分析

4.3.2 复合胶凝材料的DSC-TG分析

4.3.3 复合胶凝材料的显微结构分析

4.4 石膏基复合胶凝材料的水化机理

4.4.1 半水石膏的水化机理

4.4.2 无水石膏的水化机理

4.4.3 矿渣的水化机理

4.4.4 石膏-矿渣复合材料的水化机理

4.5 有机硅胶粉对复合材料性能的影响

4.5.1 有机硅胶粉的基本特性

4.5.2 有机硅胶粉对复合材料强度的影响

4.5.3 有机硅胶粉对复合材料粘结强度和软化系数的影响

4.5.4 有机硅胶粉对复合材料结构的影响

4.7 本章小结

第5章 石膏基复合材料用于干粉建筑涂料的研究

5.1 干粉涂料实验方法的确定

5.2 各种助剂对涂膜性能的影响

5.2.1 缓凝剂用量对涂膜性能的影响

5.2.2 纤维素醚对涂膜性能的影响

5.2.3 触变润滑剂对涂膜性能的影响

5.2.4 可再分散乳胶粉对涂膜性能的影响

5.2.5 聚乙烯醇对涂膜性能的影响

5.2.6 木质纤维素对涂膜性能的影响

5.2.7 钛白粉对涂膜性能的影响

5.3 干粉涂料性能与内墙涂料国家标准对比

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文