專利名稱：：一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法及其使用方法。
背景技術(shù)：
：磷石膏是磷化工中濕法磷酸生產(chǎn)過程排放的工業(yè)廢棄物，生產(chǎn)一噸濕法磷酸(以P力5計(jì))產(chǎn)生4.55噸磷石膏。磷石膏的主要成分為硫酸鈣，化學(xué)式為CaS04*2H20，此外還含有多種其他雜質(zhì)。磷石膏中所含氟化物、游離磷酸、有機(jī)物、放射性等雜質(zhì)是導(dǎo)致磷石膏在堆存過程中造成環(huán)境污染的主要因素。磷石膏的大量堆存，不但侵占了土地資源，由于風(fēng)蝕、雨淋造成了大氣、水系及土壤的污染。長時(shí)間接觸磷石膏，可導(dǎo)致人的病變。我國擁有豐富磷礦資源，其中貴州省是我國最主要的磷化工基地，但磷化工產(chǎn)生大量工業(yè)廢磷石膏處理困難、污染環(huán)境。如今，以磷石膏為原料生產(chǎn)的新型砌塊磚已開始替代粘土磚，逐漸成為貴州建筑市場(chǎng)的"主角"。據(jù)了解，目前建筑能耗已占全社會(huì)終端能耗的28%，尤其是大型公共建筑能耗更高，不到4%的建筑面積占全國城鎮(zhèn)建筑面積總能耗的22%。而貴州省過去墻體材料主要以粘土實(shí)心磚為主，每年毀田取土1.7萬畝。與此同時(shí)，作為能源和鋁工業(yè)、磷化工業(yè)大省，貴州每年排放的工業(yè)廢棄物達(dá)上千萬噸?，F(xiàn)有磷石膏的綜合利用率不高，主要由于磷石膏中含有較多的雜質(zhì)，二是現(xiàn)有的磷石膏制備高強(qiáng)建筑石膏的工藝還不成熟，制備的石膏存在凝結(jié)時(shí)間長、強(qiáng)度低、流動(dòng)性差、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，該工藝方法制備的建筑石膏能夠克服磷石膏顆粒呈正態(tài)分布，顆粒分布高度重集中、膠結(jié)材流動(dòng)性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，包括下述步驟(1)原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.52%，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.54份％，余量為磷石膏或脫硫石膏；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后，進(jìn)入煅燒爐在15020(TC的范圍內(nèi)恒溫煅燒23h;(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細(xì)處理；(4)將步驟(3)磨細(xì)后的原料陳化34天即得。這里的在15020(TC的范圍內(nèi)恒溫煅燒是指在150200°C之間的任意一個(gè)溫度進(jìn)行恒溫煅燒。具體地，所述步驟(1)中原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑12%，復(fù)合堿性激發(fā)劑24份％，余量為磷石膏?；蛩霾襟E(1)中原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.51%，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.53份％，余量為脫硫石膏。所述復(fù)合固化劑為鉀、鎂、鋁、硅、硫等金屬鹽類，復(fù)合堿性激發(fā)劑為氫氧化鈣、硅鋁堿性廢棄物等。由于磷石膏與天然石膏在組成和機(jī)構(gòu)方面的差異，使其不能代替天然石膏直接用于生產(chǎn)石膏建材，因此將磷石膏制備成有兩的建筑石膏必須對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理，清除主要有害雜質(zhì)的影響和改善磷石膏凝結(jié)時(shí)間長、強(qiáng)度低、流動(dòng)性差、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大的缺點(diǎn)。由于磷石膏與磷礦的來源，以及磷礦的組成和生產(chǎn)磷酸工藝條件而存在差異，使得磷石膏所含雜質(zhì)組份相當(dāng)復(fù)雜，所以在選用磷石膏時(shí)首先要確定廠家是采用什么樣的工藝。通常認(rèn)為二水工藝副產(chǎn)的磷石膏雜質(zhì)含量最多；半水二水法及二水半水法副產(chǎn)的磷石膏雜質(zhì)含量相對(duì)較少。磷石膏中的雜質(zhì)包括三大類1、游離磷酸和硫酸是在濕法磷酸生產(chǎn)中過濾殘留的酸，游離酸會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)建材產(chǎn)生一定的腐蝕性，同時(shí)還會(huì)延長石膏的凝固時(shí)間，使石膏強(qiáng)度下降；2、可溶性磷(包括游離磷酸和磷酸一鈣等)，水化時(shí)，可與容易中的Ca離子反應(yīng)生成難溶的磷酸三鈣，并附著磷石膏表面，從而阻止石膏進(jìn)一步水化和溶出，使得磷石膏凝結(jié)時(shí)間延長、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低，另外還有氟化物，當(dāng)氟含量高于0.3%時(shí)會(huì)顯著降低磷石膏的強(qiáng)度，減慢石膏凝固時(shí)間；3、有機(jī)物質(zhì)，主要分布在磷石膏表面，對(duì)磷石膏質(zhì)量影響較大，可使石膏制品表面發(fā)黑，長綠毛，減慢凝固速度、降低產(chǎn)品強(qiáng)度。綜上所述，要想獲得優(yōu)良的建筑石膏粉，必須對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理，這是制備各種石膏最終產(chǎn)品的關(guān)鍵所在，只有通過對(duì)磷石膏預(yù)處理后得到的建筑石膏粉再經(jīng)過化學(xué)改性就能得到高強(qiáng)度、耐水性好的石膏產(chǎn)品，才能在建筑領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，否則將受到很大的制約。磷石膏的預(yù)處理方法很多，其中包括水洗法、中和法、浮選法、閃燒法等，其中水洗法技術(shù)成熟，效果較好，處理后的石膏性能穩(wěn)定，國外采用多為此種方法。但是該方法工藝復(fù)雜，投資大，水耗和能耗大，水洗后的污水必須經(jīng)專用設(shè)備處理方可排放，否則會(huì)造成二次污染。中和法采用廉價(jià)的CaO中和磷石膏中的酸、氟，使其轉(zhuǎn)化為惰性難溶鹽，調(diào)整磷石膏的PH值，消除磷石膏中殘留酸對(duì)其性能的影響，控制好石灰摻和量是石灰中和法的關(guān)鍵，該方法工藝簡(jiǎn)單，投資少，不產(chǎn)生污染，效果顯著，取料方便，因此采用中和法對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的預(yù)處理方式，但是，該方法不能消除磷石膏中有機(jī)質(zhì)對(duì)其性能的不良影響。因此，本發(fā)明同時(shí)采用煅燒方法來消除有機(jī)質(zhì)的問題。本發(fā)明采用中和法的工藝流程及機(jī)理為1、首先對(duì)磷石膏廠家生產(chǎn)的磷石膏進(jìn)行相分析，得出游離磷酸、氟的含量，并通過實(shí)驗(yàn)得出加入生石灰或復(fù)合固化劑、復(fù)合堿性激發(fā)劑的摻量。2、將確定好的上述原料攪拌混合；3、煅燒，通常磷石膏含2030%的游離水及20%的結(jié)晶水，也稱之為二水磷石膏，二水磷石膏加熱條件下會(huì)向半水石膏、無水石膏轉(zhuǎn)化，溫度不同，轉(zhuǎn)化率不同。要制備性能優(yōu)良的半水建筑石膏，要求半水石膏含量高，無水石膏含量低，這樣就必須選擇適宜的溫度。磷石膏轉(zhuǎn)化為建筑石膏的脫水原理與天然石膏相似，但因磷石膏中雜質(zhì)的存在，使其與天然石膏脫水溫度有較大差別。通常隨著煅燒溫度升高，轉(zhuǎn)化系數(shù)及強(qiáng)度是上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，該溫度可確定為該磷石膏的煅燒溫度。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明，由于石膏為熱的不良導(dǎo)體，所以石膏顆粒表面溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，其內(nèi)部溫度卻低于設(shè)定溫度，會(huì)造成磷石膏的結(jié)構(gòu)相分布不均，因此，需要一定的恒溫時(shí)間，隨著恒溫時(shí)間的延長，建筑石膏強(qiáng)度和轉(zhuǎn)化系數(shù)增大，但過長強(qiáng)度會(huì)有所下降，從綜合性能與節(jié)能角度考慮，2h為一個(gè)最佳恒溫時(shí)間點(diǎn)。4、球磨處理，磷石膏顯微結(jié)構(gòu)與天然石膏存在明顯差別，磷石膏中二水石膏晶體以六面板狀為主，顆粒呈正態(tài)分布，晶體均勻、規(guī)整，這種顆粒特征使其流動(dòng)性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度較低。通過中和、篩分、煅燒等預(yù)處理手段只是消除磷石膏中主要有害雜質(zhì)的影響，而對(duì)磷石膏的顆粒分布、形態(tài)等不產(chǎn)生影響，而通過球磨處理是改善磷石膏顆粒結(jié)構(gòu)的有效手段，可使磷石膏均勻、規(guī)整的板狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出柱狀、粒狀等多樣化的顆粒形態(tài)，同時(shí)可增加膠結(jié)材料，使其需水量大幅度降低，增加了流動(dòng)性，使硬化體間隙率高和結(jié)構(gòu)疏松的缺陷得以根本解決。通過大量實(shí)驗(yàn)表明，球磨與中和、煅燒等復(fù)合預(yù)處理結(jié)合，才能制備出優(yōu)等的建筑石膏。6、陳化，由于煅燒所得的建筑石膏粉中含有一定量的無水石膏相，造成建筑石膏用水量打，凝結(jié)時(shí)間長，硬化強(qiáng)度較低等不良后果，為改善建筑石膏的性能，必須經(jīng)過一段時(shí)間的陳化。隨著陳化時(shí)間的延長，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量降低，抗壓、抗折強(qiáng)度提高，具體陳化時(shí)間可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出。本發(fā)明制備的建筑石膏，可廣泛用于高性能輕質(zhì)復(fù)合石膏墻體、砌塊、輕質(zhì)墻體磚、粉刷石膏、石膏膩?zhàn)拥冉ㄖa(chǎn)品。綜上，本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明對(duì)磷石膏可以去除磷、氟、有機(jī)物等雜質(zhì)，使其揮發(fā)或轉(zhuǎn)化為無害的惰性物質(zhì)，如焦磷酸鈣以及磷酸鹽、鋁酸鹽類等。本發(fā)明可以有效地避免二次環(huán)境污染，大大減少了磷石膏中所含微量元素對(duì)人體和環(huán)境的危害。同時(shí)改變了磷石膏顆粒呈正態(tài)分布，顆粒分布高度重集中、膠結(jié)材流動(dòng)性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。2、本發(fā)明對(duì)脫硫石膏可生成具有凝膠性能的C-S-H(水化硅酸鈣凝膠)，另一方面水化生成Ca(0H)2，可改變石膏的溶解度與溶解速度，使脫硫石膏具有氣硬性與水硬性雙重性質(zhì)的膠凝材料，使其強(qiáng)度有較大提高。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，包括下述步驟(1)原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.52%，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.54份％，余量為磷石膏或脫硫石膏，復(fù)合固化劑為鉀、鎂、鋁、硅、硫等金屬鹽類，復(fù)合堿性激發(fā)劑為氫氧化鈣、硅鋁堿性廢棄物等；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后的原料進(jìn)入煅燒爐在15020(TC的范圍內(nèi)恒溫煅燒2h;(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細(xì)處理；(4)將步驟(3)磨細(xì)后的原料陳化34天即得。本實(shí)施例制備方法中各原料質(zhì)量百分比組成可參見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，其特征在于，包括下述步驟(1)原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.5～2％，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.5～4份％，余量為磷石膏或脫硫石膏；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后，進(jìn)入煅燒爐在150～200℃的范圍內(nèi)恒溫煅燒2～3h；(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細(xì)處理；(4)將步驟(3)磨細(xì)后的原料陳化3～4天即得。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，其特征在于，所述步驟(1)中原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑12%,復(fù)合堿性激發(fā)劑24份％，余量為磷石膏。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，其特征在于，所述步驟(1)中原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.51%，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.53份％，余量為脫硫石膏。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，其特征在于，所述復(fù)合固化劑為鉀、鎂、鋁、硅、硫的金屬鹽類。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法，其特征在于，所述復(fù)合堿性激發(fā)劑為氫氧化鈣、硅鋁堿性廢棄物。全文摘要本發(fā)明涉及提供一種磷石膏、脫硫石膏制備高強(qiáng)度建筑石膏的工藝方法。該方法包括下述步驟(1)原料按質(zhì)量百分比計(jì)組成為復(fù)合固化劑0.5～2％，復(fù)合堿性激發(fā)劑1.5～4份％，余量為磷石膏或脫硫石膏；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后，進(jìn)入煅燒爐在150～200℃的范圍內(nèi)恒溫煅燒2～3h；(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細(xì)處理；(4)將步驟(3)磨細(xì)后的原料陳化3～4即得。本發(fā)明可以有效地避免二次環(huán)境污染，大大減少了磷石膏中所含微量元素對(duì)人體和環(huán)境的危害，同時(shí)改變了磷石膏顆粒呈正態(tài)分布，顆粒分布高度重集中、膠結(jié)材流動(dòng)性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，可制備高強(qiáng)度的半水磷石膏粉和脫硫石膏粉。文檔編號(hào)C04B11/26GK101597147SQ20091005991公開日2009年12月9日申請(qǐng)日期2009年7月6日優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日發(fā)明者趙四渝,魯紅允申請(qǐng)人:貴州安捷能建筑材料發(fā)展有限公司