一种工业副产石膏基复合胶凝材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种工业副产石膏基复合胶凝材料及其制备方法，按重量份计，其组成和含量为：脱硫石膏30～50份，氟石膏30～55份，矿渣粉10～20份，碱性激发剂2～3份。本发明的优点是：（1）大掺量利用工业副产石膏，尤其同时利用脱硫石膏和氟石膏，是工业副产石膏资源化综合利用的有利途径；（2）反应过程中无二氧化碳排放，生产过程低能耗，是典型的低碳建材产品；（3）生产过程无需煅烧，生产工艺流程简单，故产品成本较低，具有市场竞争力；（4）兼具气硬性和水硬性的优点，既有韧性好、调节空气湿度等优点，且强度较高，产品性能优势显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，尤指一种无机胶凝类建筑材料，具体 指一种工业副产石膏基复合胶凝材料，以及这种复合胶凝材料的制备 方法。

背景技术

根据我国高速发展的建筑业对石膏建材的需求，国家大力提倡对 工业生产排出的副产石膏进行资源化利用，以拓宽石膏来源，促进石 膏建材业的持续发展。2011年，工信部发布《工业副产石膏综合利 用指导意见》，指出要以工业副产石膏大规模利用和高附加值利用为 方向，提高资源综合利用水平和效率，促进工业副产石膏综合利用产 业化发展。国家发改委在“十二五”《大宗废物利用实施方案》中， 对工业副产石膏提出了“大力推进大掺量利用工业副产石膏技术产业 化，推动工业副产石膏制备高强石膏及相关产品的研发和应用”的任 务。“十二五”大宗工业固体废物综合利用发展目标中提出2015年工 业副产石膏的综合利用率要由2010年的40%提高到65%。

脱硫石膏作为一种工业副产石膏，是燃煤电厂经烟气脱硫后的副 产物。主要通过高温煅烧后应用于建材产品，存在能耗高、成本大的 问题，导致国内大多电厂常常选择将其就地堆存，这不仅占用土地、 污染环境而且也浪费资源。氟石膏作为另一种工业副产石膏，存在酸 性强、水化慢、凝结时间长、早期强度低等问题，难以被直接利用； 目前仅用作水泥调凝剂，其产品利用空间很小。

为此，如何在低能耗的基础上，将脱硫石膏与氟石膏进行资源化 综合利用，研制出高附加值的建材产品，达到甚至超过普通石膏建材 产品标准，是解决工业副产石膏资源化利用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业副产石膏基复合胶凝材料，它采用 工业副产石膏——脱硫石膏和氟石膏、高强度、低能耗的工业副产石 膏基复合胶凝材料。

本发明的另一目的是提供这种复合胶凝材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种工业副产石膏基复合胶凝材料，按重量份计，其组成和含量 为：脱硫石膏30～50份，氟石膏30～55份，矿渣粉10～20份，碱 性激发剂2～3份。

所述的脱硫石膏主要成分为CaSO₄·2H₂O，纯度≥95%，吸附水 含量为7%～10%；

所述的氟石膏主要成分为II型CaSO₄，纯度≥90%，吸附水含 量为1%～3%；

所述的矿渣粉为钢铁厂粒化高炉水淬矿渣，经干燥粉磨工艺制得 的细微粉末，比表面积大于410m²/kg，28d活性指数达到100%以上。 高炉矿渣粉具有良好的化学活性、和易性、耐磨性和后期强度，有利 于提高复合胶凝材料的强度。

所述的碱性激发剂是以氧化钙为主要成分的激发剂，要求其有效 钙含量≥80%，其作用是吸水放热烘干脱硫石膏和氟石膏的吸附水、 降低生产能耗，并激发氟石膏和矿渣活性。

一种制备上述工业副产石膏基复合胶凝材料的方法，其步骤为：

（1）按上述重量份称取原料：

（2）将脱硫石膏、氟石膏及碱性激发剂加入到混合容器中，利 用碱性激发剂遇水消化过程中放出的热量烘干脱硫石膏及氟石膏的 吸附水，以上混合物在混合容器中陈化1d；

（3）步骤（2）中的混合物与矿渣粉混合、磨细，细度控制为 80μm标准筛筛余≤20%，即制得工业副产石膏基复合胶凝材料。

所述的混合容器应具有良好的保温性能及精确的温度显示功能， 以实时监测反应过程中热量释放，控制脱硫石膏的脱水过程，温度最 高可达到135～140℃。

本发明使用上述原材料制成的工业副产石膏基复合胶凝材料，大 掺量利用了工业副产石膏，而且制备过程无需对脱硫石膏进行烘干和 煅烧，无需对氟石膏进行烘干，既消纳了工业固体废弃物、减少资源 浪费和能源消耗、降低生产成本，又减轻对环境的污染，达到节能减 排、发展循环经济和低碳经济的目的。本发明采用的碱性激发剂可吸 水放热，减少原材料的烘干能耗。碱性激发剂水化成Ca(OH)2，能激 发氟石膏水化生成二水石膏，提供早期强度；与二水石膏共同作用， 激发矿渣粉活性，增强复合胶凝材料的强度。

本发明与国内外现有同类产品相比，其创造性在于：

工业副产石膏基复合胶凝材料大规模利用了工业副产石膏，且突 破了将氟石膏大量应用于石膏建材产品的技术瓶颈。产品生产过程中 无需进行高温煅烧处理，大大降低生产能耗、节约材料成本。其碱性 激发剂的精确使用使其抗压强度可达到同龄期脱硫建筑石膏强度的2 倍以上。

本发明与国内外现有同类产品的不同功能在于：

工业副产石膏基复合胶凝材料强度比脱硫建筑石膏高，同时兼具 气硬性和水硬性两方面优势，既有石膏韧性好、调节空气湿度等优点， 又具有水硬性胶凝材料强度高的特点。

本发明的优点是：

（1）大掺量利用工业副产石膏，尤其同时利用脱硫石膏和氟石 膏，是工业副产石膏资源化综合利用的有利途径；

（2）反应过程中无二氧化碳排放，生产过程低能耗，是典型的 低碳建材产品；

（3）生产过程无需煅烧，生产工艺流程简单，故产品成本较低， 具有市场竞争力；

（4）兼具气硬性和水硬性的优点，既有韧性好、调节空气湿度 等优点，且强度较高，产品性能优势显著。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1-3的制备方法为：

（1）按重量份称取原料：

（2）将脱硫石膏、氟石膏及碱性激发剂加入到混合容器中，利 用碱性激发剂遇水消化过程中放出的热量烘干脱硫石膏及氟石膏的 吸附水，以上混合物在混合容器中陈化1d；

（3）将步骤（2）中的混合物与矿渣粉混合、磨细，细度控制为 80μm标准筛筛余≤20%，即制得工业副产石膏基复合胶凝材料。

实施例1：

取以下重量份的物质：

脱硫石膏30公斤、氟石膏55公斤、矿渣15公斤、碱性激发剂 2公斤，按工业副产石膏基复合胶凝材料制备步骤制备复合胶凝材料， 加入22.1公斤水，混合搅拌均匀。

实施例2

取以下重量份的物质：

脱硫石膏40公斤、氟石膏50公斤、矿渣10公斤、碱性激发剂 2公斤，按工业副产石膏基复合胶凝材料制备步骤制备复合胶凝材料， 加入22.0公斤水，混合搅拌均匀。

实施例3

取以下重量份的物质：

脱硫石膏50公斤、氟石膏30公斤、矿渣20公斤、碱性激发剂 3公斤，按工业副产石膏基复合胶凝材料制备步骤制备复合胶凝材料， 加入22.3公斤水，混合搅拌均匀。

对比例1：

将本发明工业副产石膏基复合胶凝材料抗压强度与普通脱硫建 筑石膏强度比较，说明该种复合胶凝材料强度高。

取以下重量份的物质：

脱硫建筑石膏100公斤，缓凝剂0.2kg，加入59公斤水，混合搅 拌均匀。

本发明实施例1、实施例2、实施例3制得的工业副产石膏基复 合胶凝材料与实施例4制得的普通脱硫建筑石膏相比，性能如下表所 示：

从上表可以看出实施例1-3的工业副产石膏基复合胶凝材料的强 度要远高于对比例1的普通脱硫建筑石膏，材料的基本力学性能良 好。

上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本 发明的原则之内，所做的任何等同替代、修改和变化，均在本发明的 保护范围之内。