本發(fā)明涉及一種磷石膏制備高強度建筑石膏的工藝方法及其使用方法。
背景技術：
：磷石膏是磷化工中濕法磷酸生產(chǎn)過程排放的工業(yè)廢棄物，生產(chǎn)一噸濕法磷酸(以P2O5計)產(chǎn)生4.5～5噸磷石膏。磷石膏的主要成分為硫酸鈣，化學式為CaSO4·2H2O，此外還含有多種其他雜質(zhì)。磷石膏中所含氟化物、游離磷酸、有機物、放射性等雜質(zhì)是導致磷石膏在堆存過程中造成環(huán)境污染的主要因素。磷石膏的大量堆存，不但侵占了土地資源，由于風蝕、雨淋造成了大氣、水系及土壤的污染。長時間接觸磷石膏，可導致人的病變。我國擁有豐富磷礦資源，其中貴州省是我國最主要的磷化工基地，但磷化工產(chǎn)生大量工業(yè)廢磷石膏處理困難、污染環(huán)境。如今，以磷石膏為原料生產(chǎn)的新型砌塊磚已開始替代粘土磚，逐漸成為貴州建筑市場的“主角”。據(jù)了解，目前建筑能耗已占全社會終端能耗的28％，尤其是大型公共建筑能耗更高，不到4％的建筑面積占全國城鎮(zhèn)建筑面積總能耗的22％。而貴州省過去墻體材料主要以粘土實心磚為主，每年毀田取土1.7萬畝。與此同時，作為能源和鋁工業(yè)、磷化工業(yè)大省，貴州每年排放的工業(yè)廢棄物達上千萬噸?，F(xiàn)有磷石膏的綜合利用率不高，主要由于磷石膏中含有較多的雜質(zhì)，二是現(xiàn)有的磷石膏制備高強建筑石膏的工藝還不成熟，制備的石膏存在凝結(jié)時間長、強度低、流動性差、標準稠度需水量大的缺點。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種磷石膏制備高強度建筑石膏的工藝方法，該工藝方法制備的建筑石膏能夠克服磷石膏顆粒呈正態(tài)分布，顆粒分布高度重集中、膠結(jié)材流動性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強度低的缺點。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種磷石膏制備高強度建筑石膏的工藝方法，包括下述步驟：(1)原料按質(zhì)量百分比計組成為：復合固化劑0.5～2％，復合堿性激發(fā)劑1.5～4份％，余量為磷石膏或脫硫石膏；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后，進入煅燒爐在150～200℃的范圍內(nèi)恒溫煅燒2～3h；(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細處理；(4)將步驟(3)磨細后的原料陳化3～4天即得。這里的在150～200℃的范圍內(nèi)恒溫煅燒是指在150～200℃之間的任意一個溫度進行恒溫煅燒。具體地，所述步驟(1)中原料按質(zhì)量百分比計組成為：復合固化劑1～2％，復合堿性激發(fā)劑2～4份％，余量為磷石膏?；蛩霾襟E(1)中原料按質(zhì)量百分比計組成為：復合固化劑0.5～1％，復合堿性激發(fā)劑1.5～3份％，余量為脫硫石膏。所述復合固化劑為鉀、鎂、鋁、硅、硫等金屬鹽類，復合堿性激發(fā)劑為氫氧化鈣、硅鋁堿性廢棄物等。由于磷石膏與天然石膏在組成和機構(gòu)方面的差異，使其不能代替天然石膏直接用于生產(chǎn)石膏建材，因此將磷石膏制備成有兩的建筑石膏必須對磷石膏進行預處理，清除主要有害雜質(zhì)的影響和改善磷石膏凝結(jié)時間長、強度低、流動性差、標準稠度需水量大的缺點。由于磷石膏與磷礦的來源，以及磷礦的組成和生產(chǎn)磷酸工藝條件而存在差異，使得磷石膏所含雜質(zhì)組份相當復雜，所以在選用磷石膏時首先要確定廠家是采用什么樣的工藝。通常認為：二水工藝副產(chǎn)的磷石膏雜質(zhì)含量最多；半水～二水法及二水～半水法副產(chǎn)的磷石膏雜質(zhì)含量相對較少。磷石膏中的雜質(zhì)包括三大類：1、游離磷酸和硫酸是在濕法磷酸生產(chǎn)中過濾殘留的酸，游離酸會對結(jié)構(gòu)建材產(chǎn)生一定的腐蝕性，同時還會延長石膏的凝固時間，使石膏強度下降；2、可溶性磷(包括游離磷酸和磷酸一鈣等)，水化時，可與容易中的Ca離子反應生成難溶的磷酸三鈣，并附著磷石膏表面，從而阻止石膏進一步水化和溶出，使得磷石膏凝結(jié)時間延長、結(jié)構(gòu)疏松、強度降低，另外還有氟化物，當氟含量高于0.3％時會顯著降低磷石膏的強度，減慢石膏凝固時間；3、有機物質(zhì)，主要分布在磷石膏表面，對磷石膏質(zhì)量影響較大，可使石膏制品表面發(fā)黑，長綠毛，減慢凝固速度、降低產(chǎn)品強度。綜上所述，要想獲得優(yōu)良的建筑石膏粉，必須對磷石膏進行預處理，這是制備各種石膏最終產(chǎn)品的關鍵所在，只有通過對磷石膏預處理后得到的建筑石膏粉再經(jīng)過化學改性就能得到高強度、耐水性好的石膏產(chǎn)品，才能在建筑領域得到更廣泛的應用，否則將受到很大的制約。磷石膏的預處理方法很多，其中包括水洗法、中和法、浮選法、閃燒法等，其中水洗法技術成熟，效果較好，處理后的石膏性能穩(wěn)定，國外采用多為此種方法。但是該方法工藝復雜，投資大，水耗和能耗大，水洗后的污水必須經(jīng)專用設備處理方可排放，否則會造成二次污染。中和法采用廉價的CaO中和磷石膏中的酸、氟，使其轉(zhuǎn)化為惰性難溶鹽，調(diào)整磷石膏的PH值，消除磷石膏中殘留酸對其性能的影響，控制好石灰摻和量是石灰中和法的關鍵，該方法工藝簡單，投資少，不產(chǎn)生污染，效果顯著，取料方便，因此采用中和法對磷石膏進行預處理是一種經(jīng)濟、實用、有效的預處理方式，但是，該方法不能消除磷石膏中有機質(zhì)對其性能的不良影響。因此，本發(fā)明同時采用煅燒方法來消除有機質(zhì)的問題。本發(fā)明采用中和法的工藝流程及機理為：1、首先對磷石膏廠家生產(chǎn)的磷石膏進行相分析，得出游離磷酸、氟的含量，并通過實驗得出加入生石灰或復合固化劑、復合堿性激發(fā)劑的摻量。2、將確定好的上述原料攪拌混合；3、煅燒，通常磷石膏含20～30％的游離水及20％的結(jié)晶水，也稱之為二水磷石膏，二水磷石膏加熱條件下會向半水石膏、無水石膏轉(zhuǎn)化，溫度不同，轉(zhuǎn)化率不同。要制備性能優(yōu)良的半水建筑石膏，要求半水石膏含量高，無水石膏含量低，這樣就必須選擇適宜的溫度。磷石膏轉(zhuǎn)化為建筑石膏的脫水原理與天然石膏相似，但因磷石膏中雜質(zhì)的存在，使其與天然石膏脫水溫度有較大差別。通常隨著煅燒溫度升高，轉(zhuǎn)化系數(shù)及強度是上升趨勢，當達到最高點時，該溫度可確定為該磷石膏的煅燒溫度。同時，實驗表明，由于石膏為熱的不良導體，所以石膏顆粒表面溫度達到設定溫度后，其內(nèi)部溫度卻低于設定溫度，會造成磷石膏的結(jié)構(gòu)相分布不均，因此，需要一定的恒溫時間，隨著恒溫時間的延長，建筑石膏強度和轉(zhuǎn)化系數(shù)增大，但過長強度會有所下降，從綜合性能與節(jié)能角度考慮，2h為一個最佳恒溫時間點。4、球磨處理，磷石膏顯微結(jié)構(gòu)與天然石膏存在明顯差別，磷石膏中二水石膏晶體以六面板狀為主，顆粒呈正態(tài)分布，晶體均勻、規(guī)整，這種顆粒特征使其流動性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強度較低。通過中和、篩分、煅燒等預處理手段只是消除磷石膏中主要有害雜質(zhì)的影響，而對磷石膏的顆粒分布、形態(tài)等不產(chǎn)生影響，而通過球磨處理是改善磷石膏顆粒結(jié)構(gòu)的有效手段，可使磷石膏均勻、規(guī)整的板狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出柱狀、粒狀等多樣化的顆粒形態(tài)，同時可增加膠結(jié)材料，使其需水量大幅度降低，增加了流動性，使硬化體間隙率高和結(jié)構(gòu)疏松的缺陷得以根本解決。通過大量實驗表明，球磨與中和、煅燒等復合預處理結(jié)合，才能制備出優(yōu)等的建筑石膏。6、陳化，由于煅燒所得的建筑石膏粉中含有一定量的無水石膏相，造成建筑石膏用水量打，凝結(jié)時間長，硬化強度較低等不良后果，為改善建筑石膏的性能，必須經(jīng)過一段時間的陳化。隨著陳化時間的延長，標準稠度用水量降低，抗壓、抗折強度提高，具體陳化時間可由實驗數(shù)據(jù)得出。本發(fā)明制備的建筑石膏，可廣泛用于高性能輕質(zhì)復合石膏墻體、砌塊、輕質(zhì)墻體磚、粉刷石膏、石膏膩子等建筑產(chǎn)品。綜上，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明對磷石膏可以去除磷、氟、有機物等雜質(zhì)，使其揮發(fā)或轉(zhuǎn)化為無害的惰性物質(zhì)，如焦磷酸鈣以及磷酸鹽、鋁酸鹽類等。本發(fā)明可以有效地避免二次環(huán)境污染，大大減少了磷石膏中所含微量元素對人體和環(huán)境的危害。同時改變了磷石膏顆粒呈正態(tài)分布，顆粒分布高度重集中、膠結(jié)材流動性差、需水量高、結(jié)構(gòu)疏松、強度低等缺點。2、本發(fā)明對脫硫石膏可生成具有凝膠性能的C-S-H(水化硅酸鈣凝膠)，另一方面水化生成Ca(OH)2，可改變石膏的溶解度與溶解速度，使脫硫石膏具有氣硬性與水硬性雙重性質(zhì)的膠凝材料，使其強度有較大提高。具體實施方式本發(fā)明的磷石膏制備高強度建筑石膏的工藝方法，包括下述步驟：(1)原料按質(zhì)量百分比計組成為：復合固化劑0.5～2％，復合堿性激發(fā)劑1.5～4份％，余量為磷石膏或脫硫石膏，復合固化劑為鉀、鎂、鋁、硅、硫等金屬鹽類，復合堿性激發(fā)劑為氫氧化鈣、硅鋁堿性廢棄物等；(2)將步驟(1)所述原料混合均勻后的原料進入煅燒爐在150～200℃的范圍內(nèi)恒溫煅燒2h；(3)將步驟(2)煅燒后的原料自然冷卻，冷卻后經(jīng)球磨磨細處理；(4)將步驟(3)磨細后的原料陳化3～4天即得。本實施例制備方法中各原料質(zhì)量百分比組成可參見下表：上表中的各實施例配比經(jīng)過本發(fā)明工藝方法制備的建筑石膏，經(jīng)過試驗檢測，相關檢測結(jié)果如下表所示：檢測指標技術要求檢測結(jié)果抗壓強度(MPa)≥2.96.0抗折強度(MPa)≥1.84.2初凝時間(min)≥615終凝時間(min)≤3022當前第1頁1 2 3