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《河北科技大学》 2019年
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冶金废渣对β-半水石膏的改性及机理分析

陈雄木  
【摘要】:电厂副产脱硫石膏是大宗工业废弃物,如得不到合理处置,会严重污染环境。脱硫石膏与天然石膏成分相似,经煅烧可得到β-半水石膏,其制品具有隔音、隔热、防火和可呼吸等优良性能,是公认的环保型建筑材料。但是β-半水石膏凝结时间短,应用受到限制。本论文以脱硫β-半水石膏为原料,利用冶金废渣对β-半水石膏进行改性研究,发现冶金废渣对石膏具有一定的缓凝作用。掺入5%(以半水石膏为基础)磨细的钢渣或锰渣时,石膏浆体的初凝时间可达100 min,终凝时间150 min以上。表明冶金废渣是性能优良的石膏缓凝剂,而对照组的磨细石英砂对石膏的凝结时间几乎没有影响。为揭示其原因,首先对β-半水石膏水化率、水化温升、液相离子浓度和过饱和度等水化过程进行了分析研究。结果表明,几种冶金废渣降低了二水石膏的生成速率,推迟了水化放热峰出现,初始液相离子浓度和过饱和度明显降低,并延缓了曲线降低趋势,阻滞了β-半水石膏的水化进程。对比研究发现,冶金废渣对β-半水石膏的缓凝机理与其他缓凝剂有所不同,不仅改变了二水石膏晶体形状,而且有效抑制了半水石膏的水化反应,尤其钢渣的效果较为明显。然后,利用SEM观察石膏硬化体的微观结构,在相同的养护温度55℃和湿热养护3 d的条件下,含有钢渣和锰渣的体系中二水石膏晶体表面附着絮状物且晶体尺寸变短,与空白样相比晶体数量也有所减少,这一点与XRD分析结果相互印证,是造成石膏体系凝结时间延长和强度损失的主要原因。最后,对原材料的适用性和局限性进行探讨。结果表明,某些石膏物化性质存在明显的不同,尤其是石膏浆体pH和三相组成等。冶金废渣掺入几种石膏中缓凝效果差异明显,表明与石膏性质密切相关,因此对某些用冶金渣直接进行改性不明显的石膏,需要寻找合理的调控方法。进一步研究发现,钢渣直接用于调控β-半水石膏的凝结时间时,较低的二水相和一定的酸性对钢渣调节石膏凝结时间有利。采用磷酸调节石膏体系水化环境时,pH=1.7时,初凝时间101 min,终凝时间112 min。与柠檬酸钠、多聚磷酸钠等常用石膏缓凝剂相比,磨细钢渣、锰渣对石膏强度影响较小,成本优势明显。本文利用冶金废渣代替传统缓凝剂用于调节β-半水石膏的凝结时间,成本低,强度损失小。为电厂脱硫石膏和冶金废渣的协同处置找到了一条有效途径,实现了物尽其用,具有较高的经济效益和环境效益。
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ177.373

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