本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度高摻量磷石膏免燒磚的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：
磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)固體廢物。在濕法磷酸生產(chǎn)過程中，通常每生產(chǎn)1t磷酸(以100％的P2O5計(jì)算)約產(chǎn)生4.5～5.5t的磷石膏。磷石膏主要成分為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，此外還含有少量其他雜質(zhì)，呈弱酸性，粘性較強(qiáng)。磷石膏中所含的氟化物、游離磷酸、磷酸鹽等雜質(zhì)是導(dǎo)致環(huán)境污染的主要因素。將磷石膏用于生產(chǎn)建筑墻體磚，是一條能夠大量消納磷石膏、實(shí)現(xiàn)磷石膏資源化的有效途徑。目前，磷石膏制造建筑墻體磚的生產(chǎn)工藝基本上可分為兩類，即磷石膏燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝和磷石膏免燒磚生產(chǎn)工藝。磷石膏燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝一般為：①原料預(yù)處理、②配料、③混合攪拌、④壓制(或擠壓)成型、⑤自然干燥、⑥高溫焙燒、⑦退火降溫、⑧成品。如中國(guó)專利公開號(hào)為CN1381423A、CN1465540A、CN101774797A、CN102503517A、CN103044007A等專利所示。該工藝的主要不足在于：(1)能耗高：該工藝通常需要在700～900℃高溫下連續(xù)焙燒不低于30h，此過程需要消耗大量的熱能；(2)存在二次污染：在高溫焙燒過程中磷石膏的主要成分二水硫酸鈣會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，釋放出硫氧化物，會(huì)對(duì)大氣造成二次污染。磷石膏免燒磚生產(chǎn)工藝可以有效克服上述磷石膏燒結(jié)磚生產(chǎn)中的不足?，F(xiàn)役磷石膏免燒磚生產(chǎn)工藝主要有兩類：一類為壓制成型蒸汽養(yǎng)護(hù)制磚生產(chǎn)工藝(以下簡(jiǎn)稱為“蒸養(yǎng)磚工藝”)；另一類為高壓壓制成型免蒸養(yǎng)制磚生產(chǎn)工藝(以下簡(jiǎn)稱為“高壓成型磚工藝”)。蒸養(yǎng)磚工藝一般為：①原料預(yù)處理、②配料、③混合攪拌、④壓制(或擠壓)成型、⑤蒸壓養(yǎng)護(hù)(或濕熱養(yǎng)護(hù))、⑥自然干燥、⑦成品。如中國(guó)專利公開號(hào)為CN101269944A、CN101497516A、CN101684675A、CN101637936A、CN1915894A、CN1955141A、CN101830677A、CN101891438A、CN103626461A、CN102701619A、CN102775118A等專利所示。該工藝存在的主要不足有：(1)能耗較高。該工藝需要蒸壓養(yǎng)護(hù)(或濕熱養(yǎng)護(hù))，采用低溫(80℃～100℃)時(shí)蒸壓養(yǎng)護(hù)需要時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要8h～24h；若采用高溫(120℃～250℃)時(shí)蒸壓養(yǎng)護(hù)需要時(shí)間相對(duì)較短，但仍需要5h～10h；(2)生產(chǎn)設(shè)備要求高。蒸壓養(yǎng)護(hù)需要特殊的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，常為蒸養(yǎng)(壓)釜，該設(shè)備需要有較高的密封性，對(duì)設(shè)備材料和結(jié)構(gòu)要求較高，維護(hù)費(fèi)用也較大。鑒于上述原因，該工藝生產(chǎn)磷石膏免燒磚的生產(chǎn)成本較高。高壓成型磚工藝一般為：①原料預(yù)處理、②配料、③混合攪拌、④高壓壓制成型、⑤自然干燥、⑥成品。如中國(guó)專利公開號(hào)為CN1277168A、CN1673154A、CN101508556A、CN101182179A、CN101397205A、CN202338056U、CN1935736A等專利所示。該工藝目前存在的主要不足為：(1)產(chǎn)品強(qiáng)度低。該工藝制備的免燒磚抗壓強(qiáng)度通常低于10MPa，產(chǎn)品的使用范圍受到很大的限制；(2)成型壓力大，設(shè)備要求高，成型壓力一般大于40MPa，甚至高達(dá)80MPa，故壓制成型設(shè)備材料和結(jié)構(gòu)要求均較高，動(dòng)力能耗消耗也較大。此外，在磷石膏免燒磚生產(chǎn)中一般還要摻加水泥或其他膠粘劑。如中國(guó)專利公開號(hào)為CN101475359、CN101508556A等摻加了水泥；中國(guó)專利公開號(hào)為CN102276228A、CN1277168A等摻加了膠粘劑。水泥或膠粘劑的大量摻加導(dǎo)致免燒磚的生產(chǎn)成本居高不下，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，中國(guó)專利公開號(hào)CN103641426A基于上述“蒸養(yǎng)磚工藝”，通過摻加黃磷爐渣、生石灰作為膠粘劑，制得了抗壓強(qiáng)度高于30MPa的免燒磚，但該專利中的磷石膏最優(yōu)摻量?jī)H為30％，應(yīng)看作是輔助原料，而黃磷爐渣摻量高達(dá)50％，是主要原料，故該免燒磚產(chǎn)品本質(zhì)上屬于黃磷爐渣質(zhì)的免燒磚。本發(fā)明人所申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利CN102172968B，設(shè)計(jì)了一項(xiàng)水化重結(jié)晶工藝，可制備出抗壓強(qiáng)度高于20MPa的磷石膏免燒磚，但該工藝仍存在一些應(yīng)用上的障礙，如需要摻加水泥(3～10％)作為輔助膠凝劑、壓制成型所需壓力偏大(15～30MPa)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種以磷石膏為主要原料制備磷石膏免燒磚的工藝，成本低，工藝簡(jiǎn)單，并且所制備的磷石膏免燒磚強(qiáng)度高，應(yīng)用范圍廣，適于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)度高摻量磷石膏免燒磚的生產(chǎn)工藝，其包括以下步驟：(1)原料預(yù)處理：將磷石膏與生石灰混合，得到混合料，陳腐1天后將混合料置于干燥機(jī)械中常壓條件下于180℃干燥得到脫水磷石膏-生石灰中和料；(2)配料：按比例稱取脫水磷石膏-生石灰中和料及黃沙，投入攪拌器中攪拌混合均勻，制得配合料，配合料中各組分的質(zhì)量配比為：70～90％的脫水磷石膏-生石灰中和料、10～30％的黃沙；(3)摻水?dāng)嚢瑁合蚺浜狭现屑尤胨浜狭吓c水的質(zhì)量比為100：18～25，充分?jǐn)嚢杌旌系玫綋剿浜狭希?4)壓制成型：將摻水配合料填入壓磚機(jī)中，于8～12MPa壓力下壓制成型，得到生磚坯；(5)泡水水化：室溫下將生磚坯置于水中浸泡0.5～2h，得到水化磚坯；(6)干燥：將水化磚坯在自然條件下干燥7天，制得高強(qiáng)度高摻量磷石膏免燒磚。本發(fā)明將經(jīng)過預(yù)處理轉(zhuǎn)化為半水石膏的磷石膏作為原料，與細(xì)骨料黃沙混合；再摻加一定量的水，并及時(shí)壓制成型為生磚坯，此時(shí)，生磚坯中的水與半水石膏發(fā)生水化反應(yīng)，使部分無序的、相互獨(dú)立的、結(jié)構(gòu)疏松的半水石膏壓實(shí)體轉(zhuǎn)化為形貌規(guī)整的、相互咬合的、結(jié)構(gòu)致密的二水石膏膠凝體；最后通過泡水水化處理，使剩余的半水石膏繼續(xù)發(fā)生水反應(yīng)，最終全部轉(zhuǎn)化為形貌規(guī)整的、相互咬合的、結(jié)構(gòu)致密的二水石膏膠凝體，從而賦予磚坯高達(dá)25MPa以上的抗壓強(qiáng)度，制得高強(qiáng)度磷石膏免燒磚產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：倘若步驟(3)摻水?dāng)嚢柚袚郊舆^量的水，一方面，會(huì)出現(xiàn)粘模、泌水等不利于步驟(4)壓制成型操作的現(xiàn)象，另一方面，生磚坯中的半水石膏在步驟(3)摻水?dāng)嚢柽^程中完全水化轉(zhuǎn)化為二水石膏，但該過程中，物料還未被完全壓密，水化反應(yīng)生產(chǎn)的二水石膏不能很好地相互咬合在一起，最終導(dǎo)致免燒磚產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度偏低。如果不經(jīng)過步驟(5)泡水水化操作，那么壓制成型后的生磚坯中的部分半水石膏未被完全水化，也即通過半水石膏水化反應(yīng)生成相互咬合的二水石膏來大幅度增加產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度的效應(yīng)就不能充分發(fā)揮出來，結(jié)果仍導(dǎo)致免燒磚產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度偏低。綜上所述，只有通過本發(fā)明所述的步驟(3)摻水?dāng)嚢韬筒襟E(5)泡水水化的有效結(jié)合，才能使半水石膏充分地水化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為相互咬合的二水石膏，大幅度提高磚坯的機(jī)械強(qiáng)度，獲得高強(qiáng)度的磷石膏免燒磚。本發(fā)明所指的磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)固體廢物，即硫酸分解磷礦石所產(chǎn)生的副產(chǎn)品磷石膏，但不排除使用其他工業(yè)石膏、脫硫石膏等；所述黃沙是普通建筑河沙，含水率≤5％，沙粒粒度≤2.36mm，也可為巖石粉碎砂；所述生石灰是普通建筑生石灰，性能符合JC/T621-2009《硅酸鹽建筑制品用生石灰》技術(shù)要求；所述免燒磚產(chǎn)品既可以生產(chǎn)成實(shí)心磚，也生產(chǎn)成空心磚。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝基本原理為：A、通過步驟(1)原料預(yù)處理，將磷石膏中的二水石膏(即二水硫酸鈣CaSO4·2H2O)轉(zhuǎn)化為半水石膏(即半水硫酸鈣CaSO4·0.5H2O)；B、通過步驟(3)摻水?dāng)嚢?，向配合料中摻加一定量的水，并及時(shí)通過步驟(4)壓制成型，將摻水配合料壓制成致密的生磚坯，此時(shí)，生磚坯中的水與部分半水石膏發(fā)生水化反應(yīng)，生成二水石膏晶體，賦予生磚坯一定的機(jī)械強(qiáng)度；C、由于步驟(3)摻水?dāng)嚢柚袚剿坎蛔阌谂c所有半水石膏發(fā)生水化反應(yīng)，必然有一部分半水石膏未發(fā)生水化反應(yīng)，因此，通過步驟(5)泡水水化，可使剩余的半水石膏與水發(fā)生充分的水化反應(yīng)，全部生成相互咬合的二水石膏晶體，賦予磚坯更大的機(jī)械強(qiáng)度，再經(jīng)過步驟(6)干燥后，最終可使磚坯的7天抗壓強(qiáng)度達(dá)到25MPa以上，從而獲得高強(qiáng)度的磷石膏免燒磚產(chǎn)品。按上述方案，步驟(1)所述干燥時(shí)間為1h。按上述方案，步驟(1)所述磷石膏與生石灰質(zhì)量比為100：2。按上述方案，步驟(2)所述黃沙含水率≤5％，沙粒粒度≤2.36mm。本發(fā)明的有益效果在于：1、免燒磚產(chǎn)品的強(qiáng)度高。經(jīng)過預(yù)處理后的磷石膏中的半水石膏(CaSO4·0.5H2O)是經(jīng)過兩步水化反應(yīng)后才完全轉(zhuǎn)化為二水石膏(CaSO4·2H2O)，即，第一步，嚴(yán)格控制步驟(3)摻水?dāng)嚢柚械膿剿浚瑑H使生磚坯中的水能與部分半水石膏發(fā)生水化反應(yīng)，生成二水石膏晶體，賦予生磚坯一定的機(jī)械強(qiáng)度；第二步，通過步驟(5)的泡水水化，使剩余的半水石膏與水發(fā)生充分的水化反應(yīng)，全部生產(chǎn)相互咬合的二水石膏晶體，賦予磚坯很高的機(jī)械強(qiáng)度(7天抗壓強(qiáng)度大于25MPa)，符合JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級(jí)MU25的標(biāo)準(zhǔn)要求；2、磷石膏摻量高。本發(fā)明通過工藝步驟的控制，使半水石膏分兩次水化重結(jié)晶為二水石膏膠凝體，與現(xiàn)有的高溫加壓蒸養(yǎng)原位重結(jié)晶工藝原理存在本質(zhì)的差別，導(dǎo)致磷石膏在配方中的摻量可高達(dá)80.0％以上，因此，磷石膏在本發(fā)明生產(chǎn)免燒磚時(shí)能夠被大量消納，有利于大幅度提高磷石膏的資源化利用效率，為解決磷石膏堆存放置所產(chǎn)生的環(huán)境問題提供了一條有效的途徑和方法；3、不需摻加水泥或膠粘劑。如上所述，通過本發(fā)明的工藝步驟，可以充分發(fā)揮磷石膏的膠凝特性，無需摻加水泥或膠粘劑即可生產(chǎn)出強(qiáng)度高的磷石膏免燒磚，這有利于大幅度降低原料成本；4、生產(chǎn)能耗低。在現(xiàn)有的蒸養(yǎng)磚工藝中，采用高溫加壓條件對(duì)磚坯進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間蒸壓養(yǎng)護(hù)，能耗較高；而在本發(fā)明中，干燥脫水處理僅在常壓、溫度為180℃的條件下干燥處理1h，能耗可大幅度降低，且對(duì)干燥設(shè)備要求低；5、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。與現(xiàn)有工藝相比，無需蒸養(yǎng)釜，壓制成型只需8～12MPa的壓力，常規(guī)壓磚機(jī)即可滿足生產(chǎn)需要，無需高壓壓磚機(jī)；泡水水化操作是直接將壓制成型后的生磚坯浸泡在室溫水中0.5～2h，操作簡(jiǎn)單易行。整個(gè)工藝步驟對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低、對(duì)生產(chǎn)工藝條件要求溫和，易于生產(chǎn)作業(yè)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備高強(qiáng)度高摻量磷石膏免燒磚的工藝流程圖。具體實(shí)施方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1工藝流程圖如圖1所示，本實(shí)施例的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：(1)原料預(yù)處理：先將磷石膏與生石灰按質(zhì)量比為100：2進(jìn)行混合，陳腐1天，以使磷石膏中的殘酸被生石灰充分中和；再將該混合料置于干燥機(jī)械中于180℃和常壓條件下進(jìn)行干燥脫水處理1h，得到脫水磷石膏-生石灰中和料；(2)配料：稱取脫水磷石膏-生石灰中和料、黃沙，2種原料所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：80％脫水磷石膏-生石灰中和料、20％黃沙，投入攪拌器中攪拌混合均勻，制得配合料；(3)摻水?dāng)嚢瑁合蚺浜狭现袚郊铀浜狭吓c摻水量的質(zhì)量比為100：22，進(jìn)行充分的攪拌混合，得到摻水配合料；(4)壓制成型：將摻水配合料布料在壓磚機(jī)中，于10MPa壓力下壓制成型為生磚坯；(5)泡水水化：將生磚坯置于室溫水中浸泡1h，制得水化磚坯；(6)自然干燥：將水化磚坯在自然條件下干燥7天，即制得磷石膏免燒磚產(chǎn)品。本實(shí)施例所制得的磷石膏免燒磚產(chǎn)品的7天(以壓制成型時(shí)開始計(jì)算)抗壓強(qiáng)度測(cè)試值為30.4MPa，符合JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》(等級(jí)MU25)的25MPa抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例2本實(shí)施例的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：(1)原料預(yù)處理：先將磷石膏與生石灰按質(zhì)量比為100：2進(jìn)行混合，陳腐1天，以使磷石膏中的殘酸被生石灰充分中和；再將該混合料置于干燥機(jī)械中于180℃和常壓條件下進(jìn)行干燥脫水處理1h，得到脫水磷石膏-生石灰中和料；(2)配料：稱取脫水磷石膏-生石灰中和料、黃沙，2種原料所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：90％脫水磷石膏-生石灰中和料、10％黃沙，投入攪拌器中攪拌混合均勻，制得配合料；(3)摻水?dāng)嚢瑁合蚺浜狭现袚郊铀?，配合料與摻水量的質(zhì)量比為100：25，進(jìn)行充分的攪拌混合，得到摻水配合料；(4)壓制成型：將摻水配合料布料在壓磚機(jī)中，于12MPa壓力下壓制成型為生磚坯；(5)泡水水化：將生磚坯置于室溫水中浸泡2h，制得水化磚坯；(6)自然干燥：將水化磚坯在自然條件下干燥7天，即制得磷石膏免燒磚產(chǎn)品。本實(shí)施例所制得的磷石膏免燒磚產(chǎn)品的7天(以壓制成型時(shí)開始計(jì)算)抗壓強(qiáng)度測(cè)試值為28.7MPa，符合JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》(等級(jí)MU25)的25MPa抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例3本實(shí)施例的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：(1)原料預(yù)處理：先將磷石膏與生石灰按質(zhì)量比為100：2進(jìn)行混合，陳腐1天，以使磷石膏中的殘酸被生石灰充分中和；再將該混合料置于干燥機(jī)械中于180℃和常壓條件下進(jìn)行干燥脫水處理1h，得到脫水磷石膏-生石灰中和料；(2)配料：稱取脫水磷石膏-生石灰中和料、黃沙，2種原料所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：70％脫水磷石膏-生石灰中和料、30％黃沙，投入攪拌器中攪拌混合均勻，制得配合料；(3)摻水?dāng)嚢瑁合蚺浜狭现袚郊铀?，配合料與摻水量的質(zhì)量比為100：18，進(jìn)行充分的攪拌混合，得到摻水配合料；(4)壓制成型：將摻水配合料布料在壓磚機(jī)中，于8MPa壓力下壓制成型為生磚坯；(5)泡水水化：將生磚坯置于室溫水中浸泡0.5h，制得水化磚坯；(6)自然干燥：將水化磚坯在自然條件下干燥7天，即制得磷石膏免燒磚產(chǎn)品。本實(shí)施例所制得的磷石膏免燒磚產(chǎn)品的7天(以壓制成型時(shí)開始計(jì)算)抗壓強(qiáng)度測(cè)試值為26.6MPa，符合JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》(等級(jí)MU25)的25MPa抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。由以上實(shí)施例可知本發(fā)明提供的方法工藝簡(jiǎn)單，不需要摻入水泥或膠粘劑，成本低，并且制備的磷石膏免燒磚強(qiáng)度高，符合JC/T422-2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級(jí)MU25的標(biāo)準(zhǔn)要求，因而適于工業(yè)化生產(chǎn)?？梢岳斫獾氖?，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。