CN104261716A - 一种磷石膏基水泥调凝剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏基水泥调凝剂及其制备方法。一种磷石膏基水泥调凝剂，是由以下质量百分比的物质组成的：磷石膏92%-97%、改性剂2.9%-7%、分散剂0.1%-1%。本发明的磷石膏基水泥调凝剂的制备方法为将分散剂均匀喷洒至混合均匀的磷石膏和改性剂中，陈化反应，烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。本发明的调凝剂以工业废渣-磷石膏为原料，不仅解决了磷石膏的环境污染问题，而且制备出性能优良的水泥调凝剂，实现了变废为宝。本发明的制备方法简单，成本低廉，加工使用方便，对于磷石膏的高效利用具有十分重要的意义。

Description

一种磷石膏基水泥调凝剂及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料生产领域，特别涉及一种磷石膏基水泥调凝剂及其制备方法。
背景技术
磷石膏是磷化工中湿法制造磷酸时排出的废渣，每生产1吨磷酸排放5吨磷石膏，根据2011年《工业信息化部关于工业副产石膏综合利用的指导意见》中的数据，2009年中国磷石膏产生量约为5000万吨，综合利用率只有20%。我国每年排放的磷石膏量约为7000万吨，累积堆存的磷石膏已经超过2.5亿吨，不仅侵占了大量土地，还造成了环境的污染。《“十二五”节能环保产业发展规划》中指出，要加强磷石膏等大宗工业固体废弃物的综合利用，鼓励工业副产石膏综合利用，产业集约发展，着力发展低成本、高性能、环保型磷石膏净化技术，到2015年底，磷石膏综合利用率力争提高到40%，加快磷石膏资源化利用，已成为磷化工业可持续发展急需解决的问题。
水泥调凝剂是水泥的重要组成材料之一，起到调节水泥凝结时间的作用，常用的有石膏、天然二水石膏和符合技术要求的工业副产石膏等。磷石膏主要化学成分和天然石膏基本相同，主要以二水石膏，或半水石膏存在，但由于工业生产工艺过程的原因造成磷石膏中含有少量的磷、氟等有害杂质，未处理过的磷石膏做水泥调凝剂时，其中的磷会和水泥中的CaO反应生成难溶的Ca3(PO4)2包覆在C3S、C2S和石膏表面，造成磷石膏的调凝作用不稳定，限制了磷石膏的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷石膏基水泥调凝剂，本发明的调凝剂以工业废渣-磷石膏为原料，不仅解决了磷石膏的环境污染问题，而且制备出性能优良的水泥调凝剂，实现了变废为宝。
本发明还提供了一种上述磷石膏基水泥调凝剂的制备方法，该制备方法简单，成本低廉，加工使用方便，所得磷石膏基水泥调凝剂不仅具有稳定的调节水泥凝结时间的作用，并且具有明显的增加强度的作用，对于磷石膏的高效利用具有十分重要的意义。
一种磷石膏基水泥调凝剂，是由以下质量百分比的物质组成的：磷石膏92%-97%、改性剂2.9%-7%、分散剂0.1%-1%；所述的改性剂是由生石灰、煅烧明矾石和偏硅酸钠组成的；所述的分散剂是由乙二醇、木质素磺酸钙和四甲基碘化铵组成的。
所述的，改性剂中各物质的质量比为生石灰：煅烧明矾石：偏硅酸钠=1：0.5-1.5：0.5-1.2。
优选的，改性剂中各物质的质量比为生石灰：煅烧明矾石：偏硅酸钠=1：1：1。改性剂中的偏硅酸钠能与磷石膏中的氟反应生成难溶的盐类，生石灰和煅烧明矾石与磷石膏中的二水硫酸钙反应，形成溶解度更低的水化硫铝酸钙类水化产物，从而固定吸附磷石膏中表面的磷、氟、有机质等杂质，消除磷石膏中磷、氟、有机质等杂质对通用硅酸盐水泥凝结时间的影响。
所述的，分散剂中各物质的质量比为乙二醇：木质素磺酸钙：四甲基碘化铵=1：0.5-2：0.2-0.8。
优选的，分散剂中各物质的质量比为乙二醇：木质素磺酸钙：四甲基碘化铵=1：1：0.5。物料流动性受细颗粒分散或聚结状态的影响，主要由颗粒与介质、颗粒与颗粒间的相互作用决定。以表面活性类物质作为分散剂，吸附在粉体颗粒表面时，亲水基定向排列在粉体表面，憎水基向着空气，在颗粒表面形成单分子吸附薄膜，该薄膜的存在，减少了固体颗粒间直接接触面积，如同润滑剂一样减少粉体颗粒之间的摩擦，使粉体容易滑动而改善流动性。
一种磷石膏基水泥调凝剂的制备方法，包括以下步骤：
a.称取磷石膏和改性剂，两者混合均匀，得料1；
b.称取分散剂，并将其加入至40-80倍分散剂重量的水中搅拌，得料2；
c.将料2均匀喷洒至料1中，陈化反应24h-48h，30-100℃烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。
本发明所用的磷石膏取自山东临沂某化工厂磷石膏堆场，灰白色，主要成分为二水硫酸钙（CaSO4.2H2O），比表面积为2750cm2/g，pH值为2.5，含游离水质量分数为20%，其化学组成见表1。
表1 磷石膏的化学组成
组成 P2O5 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 烧失量
质量分数/% 1.13 3.52 0.67 0.38 32.57 0.59 46.89 13.89
本发明的优点：
（1）本发明的调凝剂以工业废渣-磷石膏为原料，成本低，不仅解决了磷石膏的环境污染问题，实现了磷石膏的资源化利用，减轻了工业废渣的处理压力，而且制备出性能优良的水泥调凝剂，实现了变废为宝。该水泥调凝剂不仅能代替天然二水石膏，有效的调节凝结时间，而且具有增加强度的作用。
（2）本发明的调凝剂中，改性剂的加入消除磷石膏中磷、氟、有机质等杂质对通用硅酸盐水泥凝结时间的影响，使得该调凝剂的性能更加稳定。
（3）本发明的调凝剂中，分散剂的加入增大了颗粒间的润滑性，减少粉体颗粒之间的摩擦，使粉体容易滑动，有效解决了磷石膏易堵塞下料仓的问题
（4）本发明的调凝剂制备方法简单，无需挤压造粒，操作简便，有利于水泥工业的技术革新与改造，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特点和优点而不是对本发明专利要求的限制。
实施例1
将92kg磷石膏与2.6kg生石灰、1.3kg煅烧明矾石、3.1kg偏硅酸钠混合均匀，得料1；将44g乙二醇、22g木质素磺酸钙、34g四甲基碘化铵加入8kg水中搅拌均匀，得料2；将料2均匀喷洒于料1，陈化反应48h，30℃烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。
实施例2
将94.5kg磷石膏与1.6kg生石灰、1.7kg煅烧明矾石、1.7kg偏硅酸钠混合均匀，得料1；将200g乙二醇、200g木质素磺酸钙、100g四甲基碘化铵加入30kg水中搅拌均匀，得料2；将料2均匀喷洒于料1，陈化反应36h，50℃烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。
实施例3
将97kg磷石膏与1kg生石灰、1.4kg煅烧明矾石、0.5kg偏硅酸钠混合均匀，得料1；将310g乙二醇、630g木质素磺酸钙、60g四甲基碘化铵加入40kg水中搅拌均匀，得料2；将料2均匀喷洒于料1，陈化反应24h，80℃烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。
实施例4
将95.5kg磷石膏、1.4kg生石灰、1.1kg煅烧明矾石、1.2kg偏硅酸钠、276g乙二醇、358g木质素磺酸钙和166g四甲基碘化铵混合均匀；将50kg水均匀喷洒于上述混合均匀的物料中，陈化反应，100℃烘干，得磷石膏基水泥调凝剂。
效果实施例
选择实施例1-4制得的磷石膏基水泥调凝剂作为实验例1-4，以天然石膏调凝剂为对比例，实验分为三组，分别按照97%熟料+3%调凝剂、47%熟料+3%调凝剂+50%矿渣和67%熟料+3%调凝剂+30%粉煤灰进行配料。各配料在φ500×500mm的小磨中粉磨至比表面积360m2/kg，同一配料的粉磨时间相同，依据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》中记载的方法测试水泥胶砂强度；采用DBT-127型勃氏透气比表面积仪检测勃氏比表面积；依据GB 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中记载的方法检测水泥标准稠度的用水量和凝结时间。结果如表2所示。
表2 实验结果
    由表2可以看出，在三种配料情况下，本发明制备的水泥调凝剂不仅可以有效的调节凝结时间，而且具有增加强度的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磷石膏基水泥调凝剂，其特征在于，是由以下质量百分比的物质组成的：磷石膏92%-97%、改性剂2.9%-7%、分散剂0.1%-1%；所述的改性剂是由生石灰、煅烧明矾石和偏硅酸钠组成的；所述的分散剂是由乙二醇、木质素磺酸钙和四甲基碘化铵组成的。
2.根据权利要求1所述的水泥调凝剂，其特征在于，所述的改性剂各物质的质量比为生石灰：煅烧明矾石：偏硅酸钠=1：0.5-1.5：0.5-1.2。
3.根据权利要求2所述的水泥调凝剂，其特征在于，所述的改性剂中各物质的质量比为生石灰：煅烧明矾石：偏硅酸钠=1：1：1。
4.根据权利要求1所述的水泥调凝剂，其特征在于，所述的分散剂各物质的质量比为乙二醇：木质素磺酸钙：四甲基碘化铵=1：0.5-2：0.2-0.8。
5.根据权利要求4所述的水泥调凝剂，其特征在于，所述的分散剂中各物质的质量比为乙二醇：木质素磺酸钙：四甲基碘化铵=1：1：0.5。
6.一种权利要求1所述磷石膏基水泥调凝剂的制备方法，包括以下步骤：
称取磷石膏和改性剂，两者混合均匀，得料1；
称取分散剂，并将其加入至40-80倍分散剂重量的水中搅拌，得料2；
将料2均匀喷洒至料1中，陈化反应24h-48h，烘干温度，得磷石膏基水泥调凝剂。
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