改性剂—煅烧联合改性湿氟石膏制备建筑石膏粉的研究

摘要

氟石膏是氢氟酸及氟铝酸钠生产过程中的副产品。我国湿氟石膏历史堆存量大、占地面积广，迫切需要对其进行资源化利用。本文开展了湿氟石膏掺加改性剂、低温煅烧联合改性制备建筑石膏粉的研究;对低温煅烧下氟石膏的相变机理以及改性剂对氟石膏粉的激活机制等进行了探讨。主要研究结果如下:
　　湿氟石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，硫酸钙含量约74.7％。DSC-TGA分析结果表明，湿氟石膏在80-90℃开始脱除吸附水;在120-170℃之间二水石膏转变为半水石膏;在170-340℃之间转变成可溶性无水石膏;在340-360℃转化为β-硬石膏Ⅲ。表明湿氟石膏改性成半水石膏的煅烧温度范围宜在120-300℃之间。
　　改性剂的筛选和改性条件探索试验结果表明，含硅化合物、硫酸盐、含铝化合物及含钙化合物等改性剂对氟石膏改性有效;粒径为0.18 mm的氟石膏粉即可满足改性要求;在煅烧时间2h、煅烧温度150-250℃、升温速率控制在8℃min-1时有利于改性。
　　采用改性剂两步掺加-煅烧联合改性湿氟石膏的结果表明，在粉体粒径为0.18 mm的湿氟石膏粉中掺加2.00％含硅化合物和0.30％硫酸盐，230℃下煅烧2h后再掺加1.00％含钙化合物，所得的改性氟石膏粉水化后的初凝和终凝时间为9.1 min、14.5 min，2h后的抗折和抗压强度分别为1.81 MPa、5.90 MPa，达到国家《建筑石膏》(GBT9776-2008)标准要求。改性后氟石膏粉中半水石膏含量达71.2％，其水化产物主要为CaSO4·2H2O和C-S-H凝胶，其水化硬化过程为半水石膏快速水化成CaSO4·2H2O形成骨架结构，与含硅化合物进一步形成胶凝材料xCaO.SiO2.aq，即C-S-H凝胶。
　　采用改性剂一步掺加-煅烧联合改性湿氟石膏的结果表明，在粉体粒径为0.18 mm的湿氟石膏粉中掺加1.00％含铝化合物、1.00％含钙化合物和0.80％硫酸盐，170℃下煅烧2h，所得的改性氟石膏粉水化后的初凝和终凝时间为7.6 min、10 min，2h的抗折和抗压强度为1.88MPa、6.00MPa，达到国家《建筑石膏》(GBT9776-2008)标准要求。改性后氟石膏粉中半水石膏含量达73％，水化硬化体除C-S-H凝胶外，含铝化合物及含钙化合物参与生成不稳定的复盐(盐·mCaSO4·nH2O)，分解出的二水石膏使浆体形成更加紧密的网状晶体结构，养护28d后抗折抗压强度达到2.48MPa和7.30MPa。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 氟石膏的来源与危害

1．2 氟石膏的组成与特性

1．2．1 基本组成

1．2．2 相态变换

1．3 氟石膏的综合利用现状

1．3．1 水泥行业

1．3．2 化工行业

1．3．3 建材行业

1．4 氟石膏的改性

1．4．1 改性机理与改性技术

1．4．2 改性材料

1．5 研究目的与研究内容

1．5．1 选题依据

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 实验材料及设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要仪器设备

2．2 实验设计

2．2．1 改性剂初步筛选试验

2．2．2 改性条件初步探索试验

2．2．3 改性剂-煅烧联合改性试验

2．3 分析与测试方法

2．3．1 氟石膏的水化特性与化学组分分析

2．3．2 改性氟石膏粉的性能测试

2．3．3 改性氟石膏粉的物性表征

3 湿氟石膏的基本特性及其相态变体研究

3．1 湿氟石膏的基本特性与物相组成

3．2 煅烧条件下湿氟石膏中石膏的相态变体过程

3．3 湿氟石膏粉的力学性能

3．4 小结

4 改性剂两步掺加-煅烧联合改性湿氟石膏制备建筑石膏粉的研究

4．1 改性剂初步筛选

4．2 改性条件对氟石膏改性的影响

4．2．1 粉体粒径

4．2．2 煅烧时间

4．2．3 煅烧温度

4．2．4 升温速率

4．3 改性剂两步掺加法改性条件的正交优化

4．3．1 改性剂两步掺加法改性条件的极差分析

4．3．2 含硅化合物N直观分析

4．3．3 硫酸盐C直观分析

4．3．4 含钙化合物B直观分析

4．3．5 改性剂两步掺加法煅烧温度直观分析

4．4 改性剂两步掺加-煅烧联合改性机理

4．5 小结

5 改性剂一步掺加-煅烧联合改性湿氟石膏制备建筑石膏粉的研究

5．1 改性剂一步掺加法改性条件的正交优化

5．1．1 改性剂一步掺加法改性条件的极差分析

5．1．2 含铝化合物A直观分析

5．1．3 含钙化合物B直观分析

5．1．4 硫酸盐C直观分析

5．1．5 改性剂一步掺加法煅烧温度直观分析

5．1．6 改性氟石膏粉的性能表征

5．2 改性剂一步掺加-煅烧联合改性机理

5．3 小结

6 结论与建议

6．1 主要结论

6．2 问题与建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果目录

致谢