CN105819811B - 用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法，将50‑150份磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；50‑90份的磷渣，破碎机破碎成磷渣粉；磷渣粉加6‑12份磷石膏、0.5‑0.8份助磨剂，5‑10份碱激发剂、50‑65份水置于球磨机中球磨，陈化2‑5h，得浆料；取100份水泥、0.8‑1.5份减水剂、5‑8份膨胀剂、1.0‑1.8份消泡剂加磷尾矿粉、浆料搅拌机中搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。本发明以磷固废为主要原料，湿料粉磨代替干料粉磨，利用磷尾矿作为集料，通过粒径控制，实现紧密堆积和微集料效应，充分发挥原料潜在活性，致密性好，能耗低，生产成本低，可广泛应用于工业、建筑工程。

Description

用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法。
背景技术
目前我国的磷酸生产主要采用湿法磷酸工艺，磷固废为生产磷矿过程中产生的固体废弃物，包括：磷尾矿、磷渣、磷石膏等。
磷尾矿是磷矿浮选精矿时未能加以利用的固体废弃物。我国磷矿虽储量较大，但主要特点是“中低品位矿多、富矿少”，按照磷酸生产工艺条件要求，绝大部分磷矿需经选矿富集才能满足磷酸和高浓度磷肥生产，选矿在利用部分高品位磷矿的同时，大量的磷尾矿被弃置，大量堆积造成严重的环境污染，磷尾矿的资源化利用已成为难题。
磷渣为磷矿石生产黄磷过程中排放的粒状炉渣，通常每生产1t黄磷约排放8～10t磷渣。作为一种具有潜在活性矿物质，目前磷渣在煅烧水泥、水泥混合料、混凝土掺合料、砖等方向均有应用，但总利用率仅为50％，随着国内对黄磷需求量不断增加，大量磷渣的堆放和处置对社会和企业带来很大压力。
磷石膏是湿法生产磷酸过程中排出的以硫酸钙为主要成分的固体废弃物，常以二水硫酸钙的形式存在，每生产1tP2O5约排放4.5～5.5t磷石膏，其利用率低，造成累计堆放，累计堆放不仅占用大量的土地、浪费资源，而且对周围的环境、土壤、植被、水系造成了严重的污染，所以有效地解决磷石膏的问题已迫在眉睫。
灌浆材料按材料种类主要分为化学灌浆材料和水泥灌浆材料，其中水泥灌浆材料是指一种由水泥、骨料(或不含骨料)、外加剂和矿物掺合料等原料，经配制生产而成的具有合理级配的混料。水泥基灌浆材料应用广泛，在地脚螺栓锚固、二次灌浆、混凝土结构加固与改造、预应力孔道灌浆等方面均有大量需求。
目前，掺加固体废弃物制备水泥基灌浆材料的研究国内外已有报道。如CN104496354公开了一种水泥基灌浆材料及其制备方法：水泥350～450、砾石300～400、中砂150～200、细砂50～100、填料20～70、膨胀剂40～50、减水剂6～10、助剂1～3、水13～20，制备时，将所有原料混合搅拌，即得干粉水泥基灌浆材料；CN103641424公开了一种大掺量钢渣灌浆料，由下列重量份的原材料制成：钢渣0％～80％，硫铝酸盐水泥0％～16％，硅酸盐水泥0％～31％，粉煤灰0％～15％，砂0％～50％，激发剂0.2％～2.0％，减水剂0.4％～1.5％，以及膨胀剂0.02％～0.05％。CN102515651公开了一种水泥基灌浆材料及其制备方法，由以下三部分组成，A：稀释剂：1～10份、消泡剂：0～1份、偶联剂：1～5份，B组分包括具有乳化功能的水溶性胺类固化剂，C组分包括水泥30～50份、超细矿物粉2～4份、硅微粉0～1份、膨胀剂2～4份、减水剂0-1份、河砂40-60份，A、B、C三组分的重量比为60-100:90～150:400～800。上述专利中原料的处理均采用干磨工艺，干磨相对于湿磨能耗较高。由于灌浆材料对结构致密性要求较高，灌浆材料中颗粒需复合颗粒级配原理设计，如CN103641424的大掺量钢渣灌浆料，结构致密性较差。CN102515651的一种水泥基灌浆材料及其制备方法，以水泥为主要胶凝材料，成本较高。
因此，发明一种能耗低、致密性较好、成本低、利废率高的灌浆材料及制备方法具有重要的意义和实际需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种制备的材料致密性好，能耗低，生产成本低，利废率高，性能能满足相关标准要求的用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法。
本发明目的的实现方式为，用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法，具体步骤如下：
1)称取重量份数为50-150份的磷尾矿，进行4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm分级破碎，方筛孔累计筛余量分别为：0％、0-25％、10-50％、41-70％、70-92％、80-100％，得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为50-90份的磷渣，破碎机破碎至平均粒径2-10mm，得磷渣粉；
3)称取重量份数为6-12份的磷石膏、0.5-0.8份的助磨剂，5-10份碱激发剂加入步骤2)所得磷渣粉及重量份数为50-65份的水置于球磨机中球磨，至比表面积为300-1100m2/kg，颗粒平均直径为1-50μm，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、0.8-1.5份的减水剂、5-8份的膨胀剂、1.0-1.8份消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料；
所述的水泥为是普通硅酸盐水泥；
所述磷尾矿、磷渣、磷石膏均为磷化工生产中排放的固体废弃物；
所述碱激发剂为芒硝、石灰、水玻璃中的一种或多种；
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂、聚羧酸盐系减水剂、萘系减水剂中的一种或多种；
所述膨胀剂为HCSA膨胀剂、CEA复合膨胀剂、FEA分散膨胀剂中的任意一种或多种；
所述助磨剂为聚合多元醇类助磨剂、三乙醇胺类助磨剂、三异丙醇胺类助磨剂中的一种或多种；
所述消泡剂为多元醇类消泡剂、聚硅氧烷类消泡剂中的一种或两种。
本发明以磷固废为主要原料，湿料粉磨代替干料粉磨，利用磷尾矿作为集料，通过粒径控制，实现紧密堆积和微集料效应，充分发挥原料潜在活性能耗低，生产成本低，利废率高。
本发明的有益效果是：
1、以磷尾矿作为集料，通过分级破碎工艺，严格控制集料颗粒级配，结合超细矿物掺合料，实现密堆积和微集料效应，达到结构致密效果；
2、原料粉磨采用湿磨工艺，在碱激发剂条件下发生协同效应，充分激发矿物掺合料潜在活性，致密性好，能耗低；
3、充分利用磷固废，生产成本低，利废率高，实现固体废弃物资源化利用。
本发明所提供的灌浆材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T50448-2015)标准要求，可应用于工业、建筑工程。
具体实施方式
磨是将物料加水粉磨成浆体的一种生产方法，其产品细度均匀、单位重量产品的能耗低、没有粉尘飞扬、噪音小等特点。基于“磷固废”难以利用、灌浆材料需求量较大的现状，结合湿磨工艺中各组分协同作用的特点，本发明通过湿磨工艺对矿物掺合料改性制备水泥基灌浆材料，实现固体废弃物的资源化利用。
本发明将50-150份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；50-90份的磷渣，破碎机破碎成磷渣粉；磷渣粉加6-12份磷石膏、0.5-0.8份助磨剂，20-40份水置于球磨机中湿磨得浆料；100份水泥、0.8-1.5份减水剂、0.15-0.3份膨胀剂、0.8-1.8份消泡剂加磷尾矿粉、浆料搅拌机中搅拌，得水泥基灌浆材料。
所述磷石膏中可溶磷≤1％，有机物≤0.8％。
下面用具体实施例详述本发明。
实施例1：
1)称取重量份数为100份的磷尾矿，进行4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm分级破碎，方筛孔累计筛余量分别为：0％、0-25％、10-50％、41-70％、70-92％、80-100％，得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为70份的磷渣，破碎机破碎至平均粒径2-10mm，得磷渣粉；
3)称取重量份数为8份的磷石膏、0.6份的聚合多元醇类助磨剂，7份水玻璃加入步骤2)所得磷渣粉及重量份数为54份的水置于球磨机中球磨，至比表面积为300-1100m2/kg，颗粒平均直径为1-50μm，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、0.8份的三聚氰胺系减水剂、7份的HCSA膨胀剂、1.2份多元醇类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
实施例2：同实施例1，不同的是，
1)称取重量份数为125份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为90份磷渣，破碎机破碎得磷渣粉；
3)称取重量份数为12份磷石膏、0.8份三乙醇胺类助磨剂，10份石灰加入步骤2)所得磷渣粉，重量份数为63份的水置于球磨机中球磨，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、1.2份的聚羧酸盐系减水剂、5份的CEA复合膨胀剂、1.0份聚硅氧烷类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
实施例3：同实施例1，不同的是，
1)称取重量份数为150份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为50份磷渣，破碎机破碎得磷渣粉；
3)称取重量份数为6份磷石膏、0.8份三异丙醇胺类助磨剂，5份芒硝加入步骤2)所得磷渣粉，重量份数为50份的水置于球磨机中球磨，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、1.5份的萘系减水剂、6份的FEA膨胀剂、1.5份聚硅氧烷类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
实施例4：同实施例1，不同的是，
1)称取重量份数为75份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为90份磷渣，破碎机破碎得磷渣粉；
3)称取重量份数为8份磷石膏、0.2份三乙醇胺类助磨剂+0.3份聚合多元醇类助磨剂，6份石灰+4份芒硝加入步骤2)所得磷渣粉，重量份数为64份的水置于球磨机中球磨，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、1.0份的三聚氰胺减水剂+0.5份聚羧酸减水剂、5份的FEA膨胀剂+3份CEA膨胀剂、1.8份聚硅氧烷类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
实施例5：同实施例1，不同的是，
1)称取重量份数为50份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为60份磷渣，破碎机破碎得磷渣粉；
3)称取重量份数为6份磷石膏、0.1份三乙醇胺类助磨剂+0.3份聚合多元醇类助磨剂+0.2三异丙醇胺类助磨剂，2份水玻璃+4份芒硝加入步骤2)所得磷渣粉，重量份数为54份的水置于球磨机中球磨，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、0.5份的三聚氰胺减水剂+0.3份萘系减水剂、3份的FEA膨胀剂+5份HCSA膨胀剂、1.6份聚硅氧烷类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
实施例6：同实施例1，不同的是，
1)称取重量份数为90份的磷尾矿分级破碎，过筛得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为90份磷渣，破碎机破碎得磷渣粉；
3)称取重量份数为12份磷石膏、0.7份三异丙醇胺类助磨剂，2份水玻璃+4份芒硝+4份石灰加入步骤2)所得磷渣粉，重量份数为65份的水置于球磨机中球磨，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、0.6份的聚羧酸减水剂+0.8份萘系减水剂、3份的FEA膨胀剂+3份HCSA膨胀剂+2份CEA膨胀剂、1.0多元醇类消泡剂+0.6份聚硅氧烷类消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料。
按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求进行性能测试。
材料性能满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)标准要求。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)称取重量份数为50-150份的磷尾矿，进行4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm分级破碎，方筛孔累计筛余量分别为：0％、0-25％、10-50％、41-70％、70-92％、80-100％，得磷尾矿粉；
2)称取重量份数为50-90份的磷渣，破碎机破碎至平均粒径2-10mm，得磷渣粉；
3)称取重量份数为6-12份的磷石膏、0.5-0.8份的助磨剂，5-10份碱激发剂加入步骤2)所得磷渣粉及重量份数为50-65份的水置于球磨机中球磨，至比表面积为300-1100m2/kg，颗粒平均直径为1-50μm，陈化2-5h，得浆料；
4)称取重量份数为100份的水泥、0.8-1.5份的减水剂、5-8份的膨胀剂、1.0-1.8份消泡剂加入步骤1)所得磷尾矿粉及步骤3)所得浆料，置于搅拌机中搅拌，至搅拌均匀，得水泥基灌浆材料；
所述的水泥为普通硅酸盐水泥；
所述磷尾矿、磷渣、磷石膏均为磷化工生产中排放的固体废弃物；
所述碱激发剂为芒硝、石灰、水玻璃中的一种或多种；
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂、聚羧酸盐系减水剂、萘系减水剂中的一种或多种；
所述膨胀剂为HCSA膨胀剂、CEA复合膨胀剂、FEA分散膨胀剂中的任意一种或多种；
所述助磨剂为聚合多元醇类助磨剂、三乙醇胺类助磨剂、三异丙醇胺类助磨剂中的一种或多种；
所述消泡剂为多元醇类消泡剂、聚硅氧烷类消泡剂中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的用磷固废湿磨工艺制备水泥基灌浆材料的方法，其特征在于：磷石膏中可溶磷≤1％，有机物≤0.8％。
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磷尾矿制备胶结充填材料试验研究;金恒等;《化工矿物与加工》;20131231(第12期);第21-24页 *

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