CN113956011B - 一种半水磷石膏基充填骨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半水磷石膏基充填骨料，由半水磷石膏改性组合物造粒形成；所述半水磷石膏改性组合物包括：含磷基质100重量份、电石渣0.5～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏。与现有技术相比，通过将容易快速转化的含磷基质进行造粒成球，形成具有强度的充填骨料，同时加入电石渣，进一步提高充填骨料的强度，使得到的充填骨料具备良好的压碎值，且存储方便，不会产生结块现象；用作充填骨料，具备对环境无害性、且能够明显减少料浆泌水情况、缩短终凝时间、改善充填体强度、降低充填成本，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种半水磷石膏基充填骨料及其制备方法
技术领域
本发明属石膏建材技术领域，尤其涉及一种半水磷石膏基充填骨料及其制备方法。
背景技术
磷石膏是生产磷酸过程排放的固体废渣，每生产1t磷酸会产生4～5t磷石膏。目前国内外对于磷石膏综合利用率都比较低，致使大量的磷石膏需要进行堆存，不仅占用大量土地资源，而且磷石膏中的磷、硫、氟等在雨水冲刷过程中易被雨水携带，造成环境污染。因此，现有技术中出现了对磷石膏进行改性处理，以对扩大对其的利用。
现在磷石膏主要消耗途径在水泥缓凝剂、石膏建材、化工原料等方面，当然也有学者研究磷石膏作为集料用于矿井充填，但由于磷石膏颗粒极为细小，具有渗透性小、遇水弱化成浆的特性，并不是理想的充填材料。并且由于湿法磷酸生产工艺不同，产生的副产磷石膏成分也不同，进一步增大了对磷石膏的改性处理应用的难度。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种强度较高的半水磷石膏基充填骨料及其制备方法。
本发明提供了一种半水磷石膏基充填骨料，由半水磷石膏改性组合物造粒形成；
所述半水磷石膏改性组合物包括：含磷基质100重量份、电石渣0.5～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；
所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏。
优选的，所述含磷基质包括二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏；所述二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏的质量比为(35～50)：(50～65)。
优选的，所述半水磷石膏与电石渣的质量比为10：(0.1～0.5)。
优选的，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣1～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣1～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣0.5～1.5重量份与氯化钠0.2～0.4重量份。
优选的，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣1.5重量份与氯化钠0.3重量份。
优选的，所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸的副产物；所述半水磷石膏的游离水含量为20％～25％；所述半水磷石膏的结晶水含量为5％～9％。
优选的，所述磷矿尾矿的平均粒径为10～75μm；所述磷矿尾矿的游离水含量为10％～12％。
本发明还提供了上述半水磷石膏基充填骨料的制备方法，包括：
将电石渣与氯化钠的混合水溶液雾化后与含磷基质混合，造粒，得到半水磷石膏基充填骨料。
本发明还提供了一种充填料浆，包括上述的半水磷石膏基充填骨料。
优选的，还包括水泥与尾砂；所述水泥、尾砂与半水磷石膏基充填骨料的质量比为1：(2～4)：(1～3)。
本发明提供了一种半水磷石膏基充填骨料，由半水磷石膏改性组合物造粒形成；所述半水磷石膏改性组合物包括：含磷基质100重量份、电石渣0.5～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏。与现有技术相比，通过将容易快速转化的含磷基质进行造粒成球，形成具有强度的充填骨料，同时加入电石渣，进一步提高充填骨料的强度，使得到的充填骨料具备良好的压碎值，完全可以替代砂石，且存储方便，不会产生结块现象；用作充填骨料，具备对环境无害性、且能够明显减少料浆泌水情况、缩短终凝时间、改善充填体强度、降低充填成本，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明提供的半水磷石膏基充填骨料的制备流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种半水磷石膏基充填骨料，由半水磷石膏改性组合物造粒形成；所述半水磷石膏改性组合物包括：含磷基质100重量份、电石渣0.5～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏。
其中，所述半水磷石膏改性组合物以含磷基质为主要组分；所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏；优选的，所述含磷基质由半水磷石膏组成或者由二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或两种与半水磷石膏组成，进一步优选的，所述含磷基质由半水磷石膏组成或者由二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏组成；所述二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏的质量比优选为(35～50)：(50～65)；所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸的副产物；所述半水磷石膏的游离水含量优选为20％～25％；所述半水磷石膏的结晶水含量优选为5％～9％，更优选为6％～8％，再优选为6.5％～7.5％；在本发明提供的实施例中，所述半水磷石膏的结晶水含量具体为7.2％、6.5％或7.4％；所述二水磷石膏为半水磷石膏转化而成的产物也可是二水法磷酸工艺产生的副产物；所述磷矿尾矿为磷矿选厂进行选矿后的细颗粒矿；所述磷矿尾矿的平均粒径为优选10～75μm；所述磷矿尾矿的游离水含量优选为10％～12％。
本发明提供的半水磷石膏改性组合物以电石渣与氯化钠为改性剂对半水磷石膏进行改性；所述半水磷石膏与电石渣的质量比优选为10：(0.1～0.5)，更优选为10：(0.2～0.4)，再优选为10：(0.25～0.4)。
优选的，在本发明中，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣1～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣1～3重量份与氯化钠0.2～0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣0.5～1.5重量份与氯化钠0.2～0.4重量份。
进一步优选的，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣1.5重量份与氯化钠0.3重量份。
本发明提供的半水磷石膏基充填骨料由上述半水磷石膏改性组合物造粒形成；所述半水磷石膏基充填骨料的粒径优选为5～20mm；所述半水磷石膏基充填骨料的自由水含量优选小于5％，更优选小于3％。
通过将容易快速转化的含磷基质进行造粒成球，形成具有强度的充填骨料，同时加入电石渣，进一步提高充填骨料的强度，使得到的充填骨料具备良好的压碎值，完全可以替代砂石，且存储方便，不会产生结块现象；用作充填骨料，具备对环境无害性、且能够明显减少料浆泌水情况、缩短终凝时间、改善充填体强度、降低充填成本，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
本发明还提供了一种上述半水磷石膏基充填骨料的制备方法，包括：将电石渣与氯化钠的混合水溶液雾化后与含磷基质混合，造粒，得到半水磷石膏基充填骨料。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可；所述电石渣、氯化钠与含磷基质的种类及含量均同上所述，在此不再赘述。
参见图1，图1为本发明提供的半水磷石膏基充填骨料的制备流程示意图。
将电石渣与氯化钠的混合水溶液雾化后与含磷基质混合，造粒；其中，所述混合水溶液中电石渣与氯化钠的质量浓度优选为8％～10％；所述混合优选在圆盘造粒机中进行，在旋转造粒的同时利用喷洒***将电石渣与氯化钠的混合水溶液雾化加入含磷基质中。
造粒成球后，优选自然风干，在本发明中优选置于通风良好处以便可快速风干。
自然风干后的物料优选堆存至自由水含量小于5％，更优选小于3％，即可得到半水磷石膏基充填骨料。
本发明工艺简单，制备得到的半水磷石膏基充填骨料具有良好的压碎值，完全可以替代砂石，且存储方便，不会产生结块现象。
本发明还提供了一种充填浆料，包括上述的半水磷石膏基充填骨料。
优选的，还包括水泥与尾砂；所述水泥、尾砂与半水磷石膏基充填骨料的质量比优选为1：(2～4)：(1～3)，更优选为1：3：2。
采用本发明提供的半水磷石膏基充填骨料制备充填浆料充填矿山可降低矿山充填成本、同时能够消耗固废。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供一种半水磷石膏基充填骨料及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例中所用半水磷石膏来源于贵州川恒化工股份有限公司生产的1#新鲜半水磷石膏，其具体参数见下表：
水P％ 总P/％ 共晶P/％ 水F/％ 总F/％ 游离水/％ 结晶水/％ pH
0.48 0.87 0.57 0.24 0.59 17.52 6.05 3.82
实施例中所用电石渣的具体参数见下表：
Figure BDA0003396494270000051
实施例中所用尾矿的具体参数见下表：
总P/％ 总F/％ 水P/％ 水F/％ pH 含水率/％
5.77 0.52 0.1 0.01 7.3 10.54
实施例中所用二水石膏(即陈化石膏)的具体参数见下表：
游离水/％ 结晶水/％ pH 总P/％ 总F/％ 水P/％ 水F/％
12.85 19.47 3.48 0.74 0.79 0.41 0.11
实施例及比较例中所用水泥型号为普通425水泥。
对比例1
磷矿石的废石来源为采矿剥离出来的废石，破碎后选用5～20mm粒径范围的废石，其具体参数见下表。
Figure BDA0003396494270000061
实施例1
将2.5重量份的电石渣与0.3重量份的氯化钠用水配置成质量浓度为10％的混合溶液。
结晶水7.2％的半水磷石膏100重量份输送至圆盘造粒机旋转造粒过程同时利用喷洒***将混合溶液雾化加入至半水磷石膏中，至粒径为10mm。
将造粒成球的物料放置在具有良好通风能力的仓库中自然风干，然后堆存至自由水含量小于3％，即得半水磷石膏基充填骨料。
实施例2
按照实施例1的制备步骤制备，不同的是原料组成为：结晶水6.5％的半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣2.5重量份，氯化钠0.3重量份。
实施例3
按照实施例1的制备步骤制备，不同的是原料组成为：结晶水7.4％的半水磷石膏50重量份、尾矿50重量份、电石渣1.5重量份，氯化钠0.3重量份。
对实施例1～3得到的半水磷石膏基充填骨料进行性能测定，得到如下表1所示的实验结果。
表1充填骨料性能测定结果
含水率/％ 压碎值/％
对比例1 0.11 15.6
实施例2 2.72 17.4
实施例3 3.6 27.8
实施例4 1.86 23.5
由试验结果可知：实施例1～3和对比例1相比，含水率和压碎值都要更高一些，表明石膏球的强度略低于碎石。
对比例2
按照半水磷石膏：尾砂＝1:5，加水配置成固含量为74％的充填料浆。
对比例3
按照水泥：尾砂：对比例1＝1:3:2，加水配置成固含量为76％的充填料浆。
实施例4
按照水泥：尾砂：实施例2＝1:3:2，加水配置成固含量为76％的充填料浆。
实施例5
按照水泥：尾砂：实施例3＝1:3:2，加水配置成固含量为76％的充填料浆。
实施例6
按照水泥：尾砂：实施例4＝1:3:2，加水配置成固含量为76％的充填料浆。
根据《JGJ_T 70-2009建筑砂浆基本性能实验方法标准》对上述方法制备的充填料浆进行性能测定，得到如下表2所示的实验结果。
表2充填料浆的性能检测结果
Figure BDA0003396494270000071
由试验结果可知：对比例3较对比例1灰废比相同，但添加了粗骨料，强度得到一定增加但料浆泌水并未降低；而实施例4～6和对比例2、3相比，料浆凝结时间缩短，泌水率降低，充填体强度明显增加。说明本发明的半水磷石膏基充填骨料用于充填具有良好效果。

Claims (8)

1.一种半水磷石膏基充填骨料，其特征在于，由半水磷石膏改性组合物造粒形成；
所述半水磷石膏改性组合物包括：含磷基质100重量份、电石渣0.5~3重量份与氯化钠0.2~0.4重量份；
所述含磷基质包括半水磷石膏、二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种或多种，且至少包含半水磷石膏；
所述含磷基质包括二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏；所述二水磷石膏与磷矿尾矿中的一种与半水磷石膏的质量比为（35~50）：（50~65）；
所述半水磷石膏与电石渣的质量比为10：（0.1~0.5）。
2.根据权利要求1所述的半水磷石膏基充填骨料，其特征在于，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣1~3重量份与氯化钠0.2~0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣1~3重量份与氯化钠0.2~0.4重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣0.5~1.5重量份与氯化钠0.2~0.4重量份。
3.根据权利要求1所述的半水磷石膏基充填骨料，其特征在于，所述半水磷石膏改性组合物包括：半水磷石膏100重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏65重量份、二水磷石膏35重量份、电石渣2.5重量份与氯化钠0.3重量份；
或者包括：半水磷石膏50重量份、磷矿尾矿50重量份、电石渣1.5重量份与氯化钠0.3重量份。
4.根据权利要求1所述的半水磷石膏基充填骨料，其特征在于，所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸的副产物；所述半水磷石膏的游离水含量为20%~25%；所述半水磷石膏的结晶水含量为5%~9%。
5.根据权利要求1所述的半水磷石膏基充填骨料，其特征在于，所述磷矿尾矿的平均粒径为10~75 μm；所述磷矿尾矿的游离水含量为10%~12%。
6.权利要求1所述的半水磷石膏基充填骨料的制备方法，其特征在于，包括：
将电石渣与氯化钠的混合水溶液雾化后与含磷基质混合，造粒，得到半水磷石膏基充填骨料。
7.一种充填料浆，其特征在于，包括权利要求1~5任一项所述的半水磷石膏基充填骨料。
8.根据权利要求7所述的充填料浆，其特征在于，还包括水泥与尾砂；所述水泥、尾砂与半水磷石膏基充填骨料的质量比为1：（2~4）：（1~3）。
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