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磷石膏是硫酸与磷矿石反应制磷肥过程中产生的副产物,是一种工业副产石膏资源,可以用其制备建材,这是磷石膏资源化利用的主要途径之一。本文将经过不同预处理的磷石膏与粉煤灰、生石灰、普通硅酸盐水泥、外加剂按一定比例混合制备磷石膏复合水泥,研究预处理方式对磷石膏复合水泥耐水性的影响。主要的预处理方式有四类:(1)将原始磷石膏在45℃烘干后,在110℃-700℃煅烧2 h;(2)将原始磷石膏在120℃蒸养15 h后,在250℃-800℃煅烧2 h;(3)将原始磷石膏与石灰按一定比例混合陈化24 h后在不同温度煅烧;(4)将原始磷石膏在蒸压釜中120℃-180℃蒸养2 h-6 h。分析预处理后磷石膏中的杂质含量、pH、矿物组成和晶体形貌。结果表明,磷石膏经过预处理后,可溶性杂质的去除比较明显,特别当煅烧温度达到700℃以上或者蒸养温度达到180℃以上时,基本去除了可溶性磷、氟的影响,总氟含量也大幅度降低。同时磷石膏经过预处理后其晶型及晶体结构发生了变化。按照胶砂比1:3制备磷石膏复合水泥胶砂试块,重点考察其软化系数、静水溶蚀率和动水溶蚀率等耐水性能指标。结果表明,随着煅烧或蒸养温度的升高,磷石膏复合水泥的强度增大。经过45℃烘干后不同温度煅烧处理得到的磷石膏复合水泥,和120℃蒸养15 h后不同温度煅烧得到的磷石膏复合水泥,在磷石膏掺量为33%时,随着煅烧温度的提高,软化系数降低,动水、静水溶蚀率降低,但当磷石膏的煅烧温度达到800℃时又略有增加。不同温度不同时间蒸养磷石膏制备的复合水泥在磷石膏掺量为52%时,软化系数保持在0.50-0.60之间。综合各种性能指标得到较理想的预处理方式为:45℃烘干后700℃煅烧2 h、120℃蒸养15 h后700℃煅烧2 h、180℃蒸养4 h。同时对比研究了这三种较优预处理条件下,磷石膏掺量变化对复合水泥性能的影响。结果显示,随着磷石膏掺量的增加,复合水泥抗折抗压强度先增后减,磷石膏掺量在80%或90%时,强度达到了峰值。180℃蒸养4 h磷石膏复合水泥的凝结时间最短,同一磷石膏掺量下的强度和软化系数都最高,所以180℃蒸养4 h是最为理想的预处理方式。磷石膏复合水泥经过动水、静水溶蚀后,强度损失率较高,动水溶蚀率随着磷石膏掺量的增加,逐渐增大,当磷石膏掺量为100%时,动水溶蚀率达到11.79%。180℃蒸养4 h磷石膏掺量为80%时复合水泥标准稠度用水量为38.0%,初凝时间为2 h:10 min,终凝时间为3 h:20 min,自然养护至7 d时抗折抗压强度分别为4.0 MPa和20.9 MPa,养护至28 d时抗折强度高于11.7 MPa,抗压强度为47.3 MPa,软化系数为0.50,动水溶蚀率1.06%,静水溶蚀率0.27%。XRD和SEM分析显示,预处理磷石膏中各种石膏相的水化,粉煤灰的二次水化,普通硅酸盐水泥的水化,以及钙矾石的形成是复合水泥强度形成的原因,同时钙矾石和C-S-H相互交联搭接形成骨架结构,将磷石膏和粉煤灰颗粒连接,使得硬化体结构更为坚固;并且这些低溶解度的物质包裹在磷石膏和粉煤灰颗粒表面,阻止了他们的溶解,一定程度上提高了硬化体的耐水性。