改質(zhì)磷石膏作水泥緩凝劑的試驗(yàn)
1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)用熟料及粉煤灰化學(xué)成分見(jiàn)表1，天然二水石膏、磷石膏化學(xué)成分見(jiàn)表2。
| 材料名稱 | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | Loss | 全水分 | SO3 | Σ | fCaO | KH | KH－ | n | P | C3S | C2S | C3A | C4AF |
| 干法回轉(zhuǎn)窯熟料 | 21.90 | 3.28 | 5.12 | 65.18 | 1.67 | 0.92 | － | － | 98.00 | 0.96 | 0.906 | 0.891 | 2.61 | 1.56 | 55.96 | 20.55 | 8.00 | 9.97 |
| 機(jī)立窯熟料 | 20.92 | 4.53 | 5.53 | 64.68 | 1.17 | 1.32 | － | － | 98.15 | 2.36 | 0.921 | 0.881 | 2.08 | 1.22 | 51.13 | 21.43 | 6.97 | 13.77 |
| 電廠干排粉煤灰 | 53.48 | 4.82 | 29.63 | 4.20 | 1.50 | 3.64 | 0.80 | 0.56 | 97.26 | － | － | － | － | － | － | － | － | － |
| 材料名稱 | 附著水 | 結(jié)晶水 | SO3 | 水溶性P2O5 | 水溶性F－ | NH4＋ | pH | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | Σ |
| 邳州遠(yuǎn)大石膏礦天然二水石膏 | 1.68 | 16.48 | 37.21 | － | － | － | 6.5 | 12.10 | 0.56 | 1.24 | 27.56 | 0.67 | 97.50 |
| 鹽城磷肥廠原狀磷石膏 | 12.05 | 16.55 | 37.16 | 0.58 | 0.35 | 0.10 | 0.5 | 4.18 | 0.21 | 0.24 | 27.69 | 0.25 | 99.36 |
| 改質(zhì)磷石膏 | 3.85 | 16.12 | 36.24 | 0.018 | 微量 | 微量 | 10 | 5.74 | 0.61 | 0.89 | 33.52 | 0.48 | 97.47 |
原狀磷石膏中含有少量的水溶性P2O5、F-、及酸性有機(jī)物等雜質(zhì)，其pH值一般在0.5～2.0之間，附著水在15.0%～20.0%。直接作水泥緩凝劑可顯著地延緩水泥的凝結(jié)，使水泥早期強(qiáng)度下降。
2 原狀磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑水泥性能對(duì)比
原狀磷石膏與天然二水石膏作緩凝劑時(shí)水泥性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可看出，摻原狀磷石膏的水泥凝結(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，1d、3d抗壓強(qiáng)度顯著下降，故無(wú)法在水泥生產(chǎn)中應(yīng)用。
| 序號(hào) | 水泥配比/% | 篩余 /% | 比表面積 /(m2/kg) | 稠度/% | SO3 /% | Loss /% | 熟料MgO /% | 安定性 | 凝結(jié)時(shí)間 /(h:min) | 抗折強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 磷石膏 | 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 338 | 24.5 | 2.43 | 1.10 | 1.39 | 合格 | 1:58 | 3:10 | 3.8 | 6.0 | 7.2 | 8.6 | 16.0 | 40.0 | 51.0 | 63.0 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 338 | 25.5 | 2.12 | 1.50 | 1.39 | 合格 | 2:10 | 3:20 | 3.4 | 5.5 | 6.6 | 8.1 | 14.0 | 35.0 | 46.0 | 59.0 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 335 | 26.5 | 2.08 | 1.70 | 1.39 | 合格 | 2:35 | 4:20 | 2.8 | 5.3 | 6.4 | 8.0 | 12.9 | 31.8 | 42.9 | 54.8 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.1 | 338 | 28.0 | 2.08 | 1.90 | 1.39 | 合格 | 2:55 | 4:50 | 2.5 | 5.0 | 6.1 | 7.5 | 11.8 | 27.8 | 38.9 | 51.2 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 340 | 24.5 | 2.58 | 1.10 | 1.39 | 合格 | 3:45 | 6:28 | 2.8 | 5.2 | 7.0 | 8.5 | 12.9 | 37.0 | 48.0 | 63.2 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 342 | 25.5 | 2.21 | 1.50 | 1.39 | 合格 | 4:40 | 7:10 | 2.4 | 4.7 | 6.5 | 8.1 | 9.5 | 30.0 | 44.0 | 59.0 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 334 | 26.5 | 2.18 | 1.74 | 1.39 | 合格 | 6:30 | 9:20 | 1.8 | 4.5 | 6.2 | 8.1 | 9.0 | 27.8 | 40.7 | 54.9 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.2 | 337 | 28.0 | 2.19 | 1.95 | 1.39 | 合格 | |||||||||||
3 改質(zhì)磷石膏作緩凝劑的試驗(yàn)
我們采用A、B兩種無(wú)機(jī)非金屬材料同時(shí)作激發(fā)劑，A為氣硬性膠凝材料，B為水硬性膠凝材料。即將少量的A與B和磷石膏混合，充分?jǐn)嚢枋蛊溥M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使磷石膏中P2O5、F-、生成難溶于水的鈣鹽，中和生成NH3揮發(fā)掉，P2O5、F-、化合量達(dá)98%以上。并利用A、B特有的膠凝作用使部分水溶性物質(zhì)提前發(fā)生“水化效應(yīng)”，從而解決了磷石膏妨礙水泥早期水化的難題。使用改質(zhì)磷石膏及天然二水石膏作緩凝劑時(shí)水泥性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。
(采用同一種回轉(zhuǎn)窯熟料)
| 序號(hào) | 水泥配比/% | 篩余 /% | 比表面積 /(m2/kg) | 稠度/% | SO3 /% | Loss /% | MgO /% | 安定性 | 凝結(jié)時(shí)間 /(h:min) | 抗折強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 改質(zhì)磷石膏 | 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.3 | 335 | 24.5 | 2.42 | 0.90 | 1.60 | 合格 | 1:20 | 2:30 | 4.5 | 7.0 | 8.0 | 9.2 | 17.0 | 41.0 | 52.5 | 66.4 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 338 | 25.0 | 2.20 | 1.00 | 1.60 | 合格 | 2:00 | 3:00 | 4.0 | 6.4 | 7.5 | 8.6 | 15.7 | 35.5 | 47.7 | 61.5 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 26.0 | 2.12 | 1.20 | 1.60 | 合格 | 2:20 | 3:30 | 3.4 | 5.5 | 6.6 | 8.1 | 13.8 | 33.4 | 44.1 | 56.7 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.2 | 340 | 27.5 | 2.17 | 1.50 | 1.60 | 合格 | 2:45 | 4:00 | 2.9 | 5.3 | 6.4 | 7.9 | 12.5 | 29.8 | 40.8 | 53.2 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 338 | 24.5 | 2.43 | 0.90 | 1.60 | 合格 | 1:50 | 2:58 | 4.6 | 7.0 | 8.0 | 9.2 | 17.5 | 41.8 | 53.0 | 67.2 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 25.0 | 2.20 | 1.22 | 1.60 | 合格 | 2:20 | 3:20 | 4.2 | 6.5 | 7.6 | 8.7 | 16.2 | 36.4 | 48.5 | 62.3 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 26.0 | 2.13 | 1.50 | 1.60 | 合格 | 2:41 | 3:55 | 3.5 | 5.6 | 6.7 | 8.2 | 14.9 | 34.8 | 45.7 | 58.1 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.3 | 340 | 27.5 | 2.18 | 1.68 | 1.60 | 合格 | 3:05 | 4:25 | 3.0 | 5.4 | 6.5 | 8.0 | 13.6 | 31.8 | 42.9 | 55.3 | |
| 序號(hào) | 水泥配比/% | 篩余/% | 比表面積 /(m2/kg) | 稠度 /% | SO3 /% | Loss /% | MgO /% | 安定性 | 凝結(jié)時(shí)間 /(h:min) | 抗折強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 改質(zhì)磷石膏 | 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.0 | 345 | 25.0 | 2.54 | 1.50 | 1.17 | 合格 | 1:50 | 2:58 | 3.5 | 5.6 | 7.0 | 8.3 | 14.0 | 36.2 | 48.0 | 58.7 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 25.5 | 2.30 | 1.85 | 1.17 | 合格 | 2:30 | 3:35 | 3.0 | 5.4 | 6.4 | 7.7 | 13.1 | 32.8 | 44.0 | 56.6 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 26.5 | 2.26 | 2.00 | 1.17 | 合格 | 2:58 | 4:15 | 2.7 | 5.3 | 6.4 | 7.6 | 12.9 | 28.4 | 40.2 | 52.7 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 28.0 | 2.20 | 2.50 | 1.17 | 合格 | 3:15 | 4:35 | 2.5 | 5.0 | 6.1 | 7.2 | 10.8 | 25.8 | 33.5 | 46.0 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.1 | 350 | 25.0 | 2.57 | 1.80 | 1.17 | 合格 | 1:58 | 3:05 | 3.6 | 5.7 | 7.1 | 8.3 | 14.2 | 36.3 | 48.2 | 58.9 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 25.5 | 2.30 | 2.20 | 1.17 | 合格 | 2:45 | 3:55 | 3.2 | 5.4 | 6.4 | 7.7 | 13.4 | 34.0 | 45.1 | 57.7 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 26.5 | 2.26 | 2.40 | 1.17 | 合格 | 3:15 | 4:35 | 3.0 | 5.3 | 6.4 | 7.7 | 12.6 | 30.4 | 41.5 | 53.8 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.0 | 345 | 28.0 | 2.23 | 2.70 | 1.17 | 合格 | 3:50 | 4:58 | 2.8 | 5.2 | 6.2 | 7.3 | 11.2 | 27.4 | 35.1 | 48.2 | |
從表4、表5可見(jiàn)，摻改質(zhì)磷石膏的水泥凝結(jié)時(shí)間及1d、3d、28d強(qiáng)度接近或好于摻天然二水石膏的水泥?；炷列阅芙?jīng)試驗(yàn)對(duì)比沒(méi)有明顯變化，28d抗壓強(qiáng)度有所提高。
4 改質(zhì)磷石膏工藝流程及技術(shù)要求
4.1 工藝流程
將原狀磷石膏計(jì)量按配方要求均勻加入A、B兩種無(wú)機(jī)非金屬材料，用皮帶輸送機(jī)送入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中攪拌5～8min，水分控制在15%左右，一般無(wú)須加水而直接利用磷石膏附著水。攪拌后的混合物送入堆棚進(jìn)行自然水化反應(yīng)24h后，將其運(yùn)至?xí)駡?chǎng)曬干(附著水小于5%)，入庫(kù)堆存5～7d繼續(xù)進(jìn)行水化反應(yīng)使其具有“水化效應(yīng)”?；?qū)⑺磻?yīng)24h后的混合物擠壓成人工礦石，堆存5～7d后破碎入庫(kù)，人工礦石抗壓強(qiáng)度一般控制在3MPa左右。
4.2 改質(zhì)磷石膏技術(shù)要求
1)水溶性P2O5<0.02%；
2)改質(zhì)磷石膏水料比為1∶1時(shí)pH≥9；
3)SO3≥35.0%；
4)附著水≤5.0%；
5)放射性物質(zhì)含量符合建材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
5 改質(zhì)磷石膏成本
改質(zhì)磷石膏成本分析見(jiàn)表6，改質(zhì)磷石膏成本約為75元/t。
| 磷石膏到廠價(jià) | A、B兩種非金屬材料價(jià) | 工人工資(包括入庫(kù)) | 電費(fèi) | 管理費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi) | 合計(jì) |
|---|---|---|---|---|---|
| 30.00 | 25.00 | 15.00 | 2.00 | 3.00 | 75.00 |
6 運(yùn)輸處理過(guò)程中的環(huán)保問(wèn)題
1)改質(zhì)磷石膏處理車間最好建在磷肥廠內(nèi)，使其形成產(chǎn)品后再銷售。
2)原狀磷石膏在運(yùn)輸過(guò)程中一般采用船或汽車裝運(yùn)到水泥廠處理車間或倉(cāng)庫(kù)，直接進(jìn)行中和堆存固化處理，基本全在室內(nèi)進(jìn)行。處理后的磷石膏水溶性物質(zhì)98%以上轉(zhuǎn)為不溶性物質(zhì)，呈小顆粒狀，故晾曬時(shí)不會(huì)形成二次污染。目前已與當(dāng)?shù)亓追蕪S進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
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