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  磷石膏—电石渣—粉煤灰—生产环保节能系列建材的研制

http://www.fajc.com.cn   发布时间:2009.12.31  访问4854次
 
 
  

磷石膏—电石渣—粉煤灰—生产环保节能系列建材的研制

 

摘要:利用正交试验获得电石渣—磷石膏—粉煤灰—水泥胶凝体系的优化配合比为m(电石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328。并通过检测产品强度探讨了养护制度对胶凝体系性能的影响。结果表明,该胶凝体系在100℃下蒸养12h,然后自然养护7d抗压强度达22.8Mpa,凝结时间正常,耐水性良好。胶凝体系强度随养护时间的增加而增大。

关键词:电石渣、磷石膏、胶凝材料、养护制度、抗压强度

前言

磷石膏是湿法制取磷酸过程的工业副产品,主要成份是二水硫酸钙,制取1吨磷酸(以100% P2O5计)约产生5吨磷石膏。据中国磷肥工业协会统计,目前全国磷石膏堆存量已超过1亿吨,每年新增磷石膏约2000万吨,已超过天然石膏需求的60%。我国目前对磷石膏的综合利用率不到10%,大部分企业采用的是堆存处理的办法,现有应用途径主要是用于水泥工业、生产化工原料和采用炒制或蒸压工艺生产石膏建材制品,用作路基或工业填料、改良土壤等。搞好磷石膏的综合利用和无害法处理,已成为我国磷肥工业能否健康、可持续发展的关键因素。因此,我们采用三十多年综合治理固体废渣的经验,淘汰炒制和蒸压旧工艺,探索出一步法新工艺,即利用电石渣、粉煤灰和少量水泥对磷石膏直接进行机械和化学活化,再采用水热养护方式研制废渣胶凝材料,获取该胶凝体系优化配合及探索养护方式及制度对该胶凝体系性能的影响。

1、原材料

1.1磷石膏:取自湖北三宁化工磷石膏堆场,灰色,水含量2022%PH5.32,主要化学成份见表1

1.2电石渣:电石渣是树脂厂、聚氯乙烯厂、乙炔气生产工厂的废渣,取自湖北宜昌化工集团股份有限公司电石渣堆场,灰白色,水含量2428%,主要化学成份见表1

1.3水泥:湖北三峡水泥有限公司生产的P·O42.5R水泥。

1.4粉煤灰:湖北省化肥厂原状湿排灰,含水率1215%88um方孔筛筛余36%,为低钙粉煤灰,活性较差,主要化学成份见表1

1.5建筑垃圾:建筑垃圾中的废砖瓦、废混凝土,破碎成38毫米的颗粒。

1    电石渣、磷石膏、粉煤灰的主要化学成份

名称

CaO

SiO2

SO3

A12O3

MgO

Fe2O3

P2O5

结晶水

烧失量

电石渣

51.3

——

——

——

0.7

——

——

——

1.3

磷石膏

32.1

3.8

45.8

0.62

0.8

0.22

0.76

18.7

1.8

粉煤灰

1.7

42.7

——

20.3

0.55

4.6

——

——

6.8

2、生产工艺流程

主要工艺分为:胶凝材料的制备和环保节能系列建材生产新工艺,其主要生产工艺流程见图1

1磷石膏、电石渣、粉煤灰生产系列建材工艺流程图

3、产品性能与分析

3.1产品质量的测试

电石渣、磷石膏、粉煤灰、水泥胶凝材料生产环保节能系列建材,经按JC/T4222007GB/T152292002GB/T1743标准检测,结果见表2

2  电石渣、磷石膏、粉煤灰、水泥胶凝材料环保节能系列建材测试结果

检测指标

非煅烧轻集料

轻质空心保温砌块

非烧结垃圾尾矿砖

标准要求

实测值

标准要求

实测值

标准要求

实测值

干体积密度(Kg/m3

800

780

700

681

——

——

抗压强度(Mpa

5.0

5.4

5.0

5.0

15.0

16.4

干燥收缩率(%

——

——

0.03

0.026

0.06

0.04

碳化系数

——

——

0.8

0.98

12.0

13.6

吸水率(%

22

16.5

20

15

18

11

软化系数

0.80

0.96

0.75

0.96

0.80

0.88

抗冻性-1520

D155

3.2

D25

合格

D15

合格

烧失量(%

15

6.5

——

——

——

——

SO3%

1

0.26

——

——

——

——

放射性

外照射

指数

1.0

0.35

1.3

0.38

1.0

0.32

内照射

指数

1.0

0.24

1.0

0.28

1.0

0.18

3.2产品强度形成机理

采用L934)正交试验,试验结果,各因素对强度影响的主次顺序为:磷石膏掺量>水泥掺量>电石渣掺量。磷石膏掺量对抗压强度影响最显著。这是由于该胶凝体系中,强度主要来源于活性被激发后的粉煤灰水化。粉煤灰活性的激发包括自身火山灰活性和激发剂促进两个方面。硫酸盐在粉煤灰活性激发过程中扮演着积极的角色,而CaOH2,CaO为必要条件;粉煤灰中的SiO2A12O3可以电石渣反应形成C-S-H凝胶和水化铝酸钙。水化铝酸钙在富石膏的条件下,转为钙矾石,从而形成强度。水泥水化产生C-S-H凝胶和CaOH2对强度有促进作用,且其水化产生的CaOH2又进一步激发了粉煤灰的活性。

综合考虑3个因素的影响程度,确定最优化方案为:m(电石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328

3.3养护方式对产品强度的影响

利用最优配方和先进的生产工艺,制成产品坯体。分别采用标准养护、常压蒸汽低温养护、粉煤灰渣建材制品养护机养护。对不同养护方式对产品强度的影响,结果见表3

3  养护方式对产品强度的影响

养护方式

抗压强度/ Mpa

抗压强度/ Mpa

7

28

7

28

标准养护

0.8

2.51

4.1

10.8

70℃恒温蒸养7小时

3.0

3.5

10.7

13.2

100℃恒温蒸养12小时

5.4

5.8

15.2

17.5

粉煤灰渣建材制品养

护机8012小时

4.6

5.1

15.6

18.4

    由表3可以看出,产品的强度,随养护方式和养护温度提高,产品强度增大,这说明温度对粉煤灰活性相当敏感,尤其是7天强度,在70100℃变化较大,由5.4 Mpa增至15.2 Mpa,增加了约42%

标准养护条件下,粉煤灰活性激发相当缓慢,试样早期强度低,这是因为大量粉煤灰未参与反应,胶凝材料中粉煤灰的活化程度受温度影响明显,70℃蒸养7小时后,再自然养护7天的硬化体中已有部分粉煤灰参与反应,生成一定量的钙矾石和C-S-H凝胶;后期激活程度更高,水化产物相对增多,其抗压强度呈显较大涨幅;在100℃恒温条件下其活性得到显著激发,蒸养后自然养护7天的硬化体中钙矾石和C-S-H凝胶已普遍生成,28天后其生成更大,钙矾石更密集粗壮。它们相互交叉连锁,形成网络结构,微细颗粒堵塞其中,从而使强度提高。

3.4蒸养时间产品强度的影响

从表3可知,蒸养时间对产品性能影响也很明显。即随恒温蒸养时间的延长,粉煤灰活性激发更彻底,火山灰反应进行得更激烈,硬化体中钙矾石等水化产物的生成量更大,峰值更高,二水石膏等消耗更明显,制品的强度表现更趋良好。100℃蒸养12小时的制品7天抗压强度达15.2 Mpa,粉煤灰渣建材制品养护机在80℃养护12小时,7天抗压强度15.6 Mpa,100℃蒸养12小时,抗压强度还略高,这是因为养护机养护时提供的是带煤燃烧过程的含有一定量的二氧化碳的热空气,它使产品表面一部分发生碳化反应,内部发生水化和水热合成反应而提高了产品强度。但考虑到节能等因素,采用100℃蒸养10小时,粉煤灰渣建材制品养护机80℃养护10小时较为适宜。

综上所述,确定工艺制度为:电石渣20,磷石膏40,粉煤灰32,经计量、机械活化制成废渣胶凝材料。取胶凝材料95%,水泥5%,高分子复合型外加剂0.5%,水灰比1618%,经成球机成球,太阳能蒸汽养护后作成非煅烧轻集料。将非煅烧轻集料45%,水泥8%,废渣胶凝料47%,高分子复合型外加剂0.5%,水灰比1820%,用机械振动成型,脱模于100℃蒸养10小时或用粉煤灰渣建材制品养护机80℃养护10小时制得合格产品。

从表2可见,制品的各种技术指标皆满足JC/T4222007GB/T152292002GB/T1743标准的要求。

4.结语

1)按m(电石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328。配制成胶凝材料,可用此胶凝材料制成非煅烧轻集料,可用此胶凝材料加非煅烧轻集料或其它骨料再加入0.5%高分子复合型外加剂,制成轻质保温空心砌块,非煅烧垃圾尾矿砖。在100℃下蒸养12小时或在80℃下热空气循环养护12小时,之后在空气中自然养护,该胶凝材料生产的非煅烧垃圾尾矿砖达到16.4 Mpa,轻质保温空心砌块达5 Mpa,其它各项指标皆满足标准要求。

2)胶凝体系产生较高强度的主要原因是形成了大量的水化硅酸钙和钙矾石。

3)胶凝体系的强度随养护温度的升高而增大,并在70100℃存在一个较大的跃迁。

4)胶凝体系的强度随恒温养护时间的延长而增大。

 

 

参考文献:

1、何春雨、袁伟、谭克锋 磷石膏—粉煤灰—石灰—水泥胶凝体系性能研究新型建筑材料 2009.8.1-3

 

 
 
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