CN108002794A - 一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，属于工业生产过程中产生的石膏废料再利用技术领域。先按照质量百分比量取废弃石膏：建筑砂石：水泥：粉煤灰：水＝40～75％：10～20％：5～25％：5～30％：5～25％，各组分含量之和应等于100％,均匀研磨搅拌得到混合物，在10～40Mpa的压力下压制成型得到生坯，生坯脱模后置于水热釜中，在120℃～220℃下固化处理8～24h，即为高强度的建筑材料。本发明有效地解决了废弃石膏再利用的困境和对环境易产生二次污染等问题，提高了废弃石膏的利用率，同时制得的高强度建筑材料其抗折强度和抗压强度均优于普通建材(如墙地砖、路面砖、步道砖、江河护堤材料等)的使用标准，生产工艺简单，生产过程能耗低、周期短，产品成本较低，适合大规模生产。

Description

一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法

技术领域

本发明涉及一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法。属于工业生产过程中产生的石膏废物再利用技术领域。

背景技术

在工业生产过程中，石膏是一种常见的伴随产物，以磷酸工业为例，生产一吨磷酸会产生5吨磷石膏；随着我国工业的逐渐发展，石膏的排放量日益增加，而石膏本身利用率极低，化工厂产生的大量石膏堆积如山，侵占良田，对环境造成了严重的污染，也影响了堆放点周边居民的生活质量。如安徽宣城司尔特化肥有限公司，每年产生磷石膏近百万吨，目前已堆积两座石膏山，总量近千万吨。而云、贵、川地区磷石膏问题更加严重，因此解决废弃石膏的大规模利用已是迫在眉睫的问题。

目前国内外关于石膏的综合利用主要是以下几个方面：一.作为水泥缓凝剂，但其添加量不超过总量的5％，利用效率低，利用范围有限；二.作为激发剂激发高掺量矿渣水泥的活性；三.生产纸面石膏板，一般使用磷石膏较多，先将磷石膏进行水洗，以除去酸性杂质，再煅烧得到石膏粉，可用来生产石膏板等各类建材，这种利用手段目前在美国、日本等地应用较多，其主要限制因素是生产成本偏高，市场容量小，同时还会产生废水废气等二次污染；四.作为路基材料，但由于石膏遇水会发泡膨胀，将路面拱起。

在制砖方面，可以通过蒸压法制备石膏砖，主要利用磷石膏，首先将其脱水得到半水石膏，冷却后再重新结晶得到二水石膏，从而得到具有一定强度的产品，在这个工艺中，只使用了石膏一种原料，最终得到的样品强度并不高，亦不能达到国标要求(抗压强度大于10MPa)；其他的如中国专利文献CN 100364917C中公开的一种将二水磷石膏煅烧成半水石膏和无水石膏混合物再配合其他物料压制成型、养护制砖的方法则需要将石膏原料进行预处理后方能制砖，这些方法在原理上都是将没有胶凝性能的二水石膏处理成具有一定胶凝性能的半水或无水石膏，处理过程繁琐，需要高温煅烧、能耗较高，并不能很好地解决石膏的处理问题。

发明内容

本发明目的是提供一种将废弃石膏低温固化为高强度建筑材料的方法，该方法有助于解决废弃石膏的堆放和对环境的污染等问题，该方法制得的高强度建筑材料，其抗折强度抗压强度足以满足各类建材需求，而且工艺简单，成本较低，适合大规模生产。

为了达到上述目的，本发明直接将废弃石膏与其他一些添加剂在120℃～220℃环境下固化得到高强度建筑材料，得到高强度建筑材料可以用作墙地砖、广场砖、步道砖等，是一种高效的处理废弃石膏的方法。具体步骤如下：

先按照质量百分比配比量取40～75％废弃石膏、10～20％建筑砂石、5～25％水泥、5～30％粉煤灰、5～25％水，各组分含量之和应等于100％，均匀研磨搅拌得到混合物，在10～40Mpa的压力下压制成型得到生坯，生坯脱模后置于水热釜中，在120℃～220℃、饱和蒸汽环境下固化处理8～24h，处理完成后自然干燥，即为所述产品，经检测，产品的抗折强度可达15MPa以上。

上述废弃石膏为工业生产过程中产生的废弃石膏，包括磷石膏废料、硼石膏废料、脱硫石膏废料等中的一种或按照任何比例混合的两种以上石膏废料，不需要作任何处理，直接作为反应原料添加到反应体系中。

上述所述的建筑砂石为建筑应用中的普通砂石，包括山砂、河砂、海砂、机制砂中的一种或按照任何比例混合的多种，当制备产品体积≤标砖体积的1/3，约487.6cm³时，需将其粉磨后过100目筛，以满足其结构性能要求。

上述水泥采用不低于32.5#型号的产品。

本发明的优点：

1，本发明的废弃石膏利用率高，废弃石膏用量大，且建筑材料市场容量大，可以有效地解决废弃石膏的堆放和对环境产生的污染等问题。

2，利用本方法制得的高强度建筑材料石膏砖，其平均抗折强度可达11MPa以上，最高可达18MPa，而抗压强度可达40MPa，足以满足各类建材需求。

3，本发明与传统的蒸压法制备石膏砖相比，抗压强度提高了4倍左右；而与烧结法制备石膏砖相比，抗压强度提高了约2倍。

4，本发明方法工艺简单且生产成本较低，生产过程能耗低、周期短，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明使用不同添加量的废弃磷石膏固化得到的样品的XRD曲线。

图2为本发明实验所用废弃磷石膏原料SEM照片。

图3为本发明实施例1制得样品的SEM照片。

图4为本发明实施例4制得样品的SEM照片。

图5为本发明不同反应温度制得的高强度建筑材料样品抗折强度曲线。

图6为本发明不同反应时间制得的高强度建筑材料样品抗折强度曲线。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

以废弃石膏、粉磨后的建筑用砂、水泥、粉煤灰为原料，按照质量量取50％废弃石膏、20％建筑砂石、15％水泥、5％粉煤灰、10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力30MPa；将成型好的生坯转移至密闭水热反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的15％，之后进行加热处理，加热温度为200℃，时间为8h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达18Mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例2：

以废弃石膏、粉磨后的建筑用砂、水泥、粉煤灰为原料，按照质量量取40％废弃石膏、20％建筑砂石、20％水泥、10％粉煤灰、10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力20MPa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的15％，之后进行加热处理，加热温度为160℃，时间为16h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达14Mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例3：

以废弃石膏、粉磨后的建筑用砂、水泥、粉煤灰为原料，按照质量量取60％废弃石膏、10％建筑砂石、12％水泥、8％粉煤灰、10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力30MPa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的15％，之后进行加热处理，加热温度为120℃，时间为24h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达11Mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例4：

以废弃石膏、粉磨后的建筑用砂、水泥、粉煤灰为原料，按照质量量取70％废弃石膏、10％建筑砂石、8％水泥、4％粉煤灰、8％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为直径约50mm、厚约10mm的圆形块状体，成型压力30MPa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的15％，之后进行加热处理，加热温度为160℃，时间为12h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。测得样品抗折强度可达12Mpa，满足建筑材料强度需求。

一种将废弃石膏低温固化为高强度建筑材料的方法其反应原理是模拟岩石的形成过程，在生产条件下加快原料的溶解-析出-沉淀，使得反应原料的溶解度大大提高，加速生成水化硅酸钙，进而提高样品的致密度；随着反应的进行，最终生成纤维状或片状的托勃莫来石，互相交织在一起，填充在原料空隙中，最终提高了样品的强度。

上述废弃石膏，包括磷石膏废料、硼石膏废料、脱硫石膏废料等中的一种或按照任何比例混合的两种以上石膏废料，不需要作任何处理，直接作为反应原料添加到反应体系中。

上述建筑砂石为建筑应用中的普通砂石，包括山砂、河砂、海砂、机制砂中的一种或按照任何比例混合的多种，当制备产品体积≤标砖体积的1/3，约487.6cm³时，需将其粉磨后过100目筛，以满足其结构性能要求。

上述水泥采用不低于32.5#型号的产品。

下面以安徽宣城司尔特化肥有限公司排放的磷石膏废料作实验进一步说明本发明：

图1给出了使用不同添加量的废弃磷石膏进行固化时测得的样品的XRD曲线，从图中可以看出，在一定范围内，废弃磷石膏的添加量越少，在7～8度处托勃莫来石的峰越明显，结合实施例1～4，废弃石膏的添加量为40％时，所得样品的强度最高，为18MPa。这表明托勃莫来石的生成对样品强度有至关重要的作用。

图2给出废弃磷石膏原料的SEM照片，可以看出原料为颗粒状物质，结构相对松散，没有紧密堆积，孔隙分布不均匀。

图3图4分别给出实施例1、实施例4样品的SEM照片，从图中可以明显看到有纤维状和片状的结构，即托勃莫来石的形貌图。

图5给出了不同反应温度对样品抗折强度的影响，从图中可以看出，反应温度越高，样品的最终强度也越高，特别地，在温度为200℃时，样品的最终强度达到了18MPa。

图6给出了不同反应时间对样品抗折强度的影响，从图中可以看出，反应时间在24h内，样品强度随着反应时间的增加而增大；此后，随着反应时间的进一步增加，样品强度逐渐趋于稳定。

Claims (5)

1.一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，其特征在于：首先按照质量百分比量取废弃石膏：建筑砂石：水泥：粉煤灰：水＝40～75％：10～20％：5～25％：5～30％：5～25％,各组分含量之和应等于100％，均匀研磨搅拌得到混合物，在10～40Mpa的压力下压制成型得到生坯，生坯脱模后置于水热釜中，在120℃～220℃下固化处理8～24h，处理完成后自然干燥，即为高强度建筑材料产品。

2.根据权利要求1所述的一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，其特征在于：所述的废弃石膏为工业生产过程中产生的废弃石膏，包括磷石膏废料、硼石膏废料、脱硫石膏废料中的一种或按任何比例混合的两种以上石膏废料。

3.根据权利要求1所述的一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，其特征在于：所述的为建筑砂石是建筑工程应用中普通的砂石，包括山砂、河砂、海砂、机制砂中的一种或按任何比例混合的两种以上砂石，当制备产品体积小于或等于标砖体积的1/3时，需将其粉磨后过100目筛。

4.根据权利要求1所述的一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，其特征在于：所述的水泥采用不低于32.5#型号的产品。

5.根据权利要求1所述的一种将废弃石膏低温固化为新型高强度建筑材料的方法，其特征在于：所述的粉煤灰为钙型粉煤灰。