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磷石膏部分分解制类硫铝酸盐水泥初步研究

范云燕  
【摘要】:磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的一种以二水石膏为主的工业固体废渣,对生态环境造成严重污染,但对其资源化利用一直未有大的突破。针对磷石膏相对于天然石膏更易分解的特点,本文提出磷石膏部分分解的思路,将其用于类硫铝酸盐水泥的研制。 采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射光谱(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)等微观测试手段结合高温电炉分析研究了磷石膏的高温及其分解过程。在此基础上,将磷石膏配料用于类硫铝酸盐水泥的制备,与天然石膏对比,对所制备的水泥熟料、新拌浆体和硬化后性能进行初步研究,并对水泥烧成过程中熟料中含硫矿物的变化、石膏的分解给予了重点关注。 研究结果表明:磷石膏中的硫以单一的CaSO4·2H2O形态存在,晶体形状以板状和块状为主,且较为粗大;还原气氛和还原介质明显提高分解效率;C/S越高,分解温度明显降低,反应速率也随之增大;在类硫铝酸盐水泥的烧成温度段(1250-1300℃),纯磷石膏在高温电炉中的分解率可达68.2%,满足部分分解制类硫铝酸盐水泥对磷石膏分解率的要求。 熟料烧成试验表明,利用磷石膏部分分解方式进行配料可生产出以无水硫铝酸钙(C4A3S),硅酸二钙(C2S)、硬石膏为主要矿相的类硫铝酸盐水泥熟料。石膏的配入量对含硫矿相的含量和存在形式均有影响,传统硫铝酸盐水泥配比A1熟料中未检测到明显的硬石膏与钙黄长石的衍射峰,含硫矿相主要以硫铝酸钙的形式存在;在A1配比基础上多掺磷石膏烧成的熟料中,硬石膏与钙黄长石的衍射峰随石膏掺量的增加越来越明显。生料配比,烧成温度和保温时间对熟料易烧性有较大的影响。各个配比在1250℃及以后保温30min,熟料中游离氧化钙含量满足国家标准的要求,可获得较高强度的水泥;温度的升高增大了磷石膏的分解率,使得硬石膏的衍射峰明显减弱;多掺磷石膏有利于其在熟料煅烧过程中分解;焦炭的掺加对石膏分解率、熟料矿相的影响不大,在一定范围内可提高水泥强度,但过多的掺入焦炭对强度的发展不利;磷石膏在各个配比的分解率均大于天然石膏分解率,在1300磷石膏分解率最高可达39.5%。 类硫铝酸盐水泥初终凝时间相隔较短,最短只有19分钟;且磷石膏的缓凝效果明显,初终凝时间均延长了近40分钟;两种石膏的类硫铝酸盐水泥强度差别不大,且并没有反映磷石膏对强度的发展存在明显不利影响;通过合理配比,生产1吨类硫铝酸盐水泥熟料,最多可消纳0.46吨的干基磷石膏,可制备出28d水泥净浆强度为60MPa以上的类硫铝酸盐水泥;空气养护和水养条件对水泥抗压强度影响不大,熟料中残留硬石膏未引起水泥的明显膨胀。


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