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  磷石膏—電石渣—粉煤灰—生產環保節能系列建材的研制

http://www.wgibu.tw   發布時間:2009.12.31  訪問4825次
 
 
  

磷石膏—電石渣—粉煤灰—生產環保節能系列建材的研制

 

摘要:利用正交試驗獲得電石渣—磷石膏—粉煤灰—水泥膠凝體系的優化配合比為m(電石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328。并通過檢測產品強度探討了養護制度對膠凝體系性能的影響。結果表明,該膠凝體系在100℃下蒸養12h,然后自然養護7d抗壓強度達22.8Mpa,凝結時間正常,耐水性良好。膠凝體系強度隨養護時間的增加而增大。

關鍵詞:電石渣、磷石膏、膠凝材料、養護制度、抗壓強度

前言

磷石膏是濕法制取磷酸過程的工業副產品,主要成份是二水硫酸鈣,制取1噸磷酸(以100% P2O5計)約產生5噸磷石膏。據中國磷肥工業協會統計,目前全國磷石膏堆存量已超過1億噸,每年新增磷石膏約2000萬噸,已超過天然石膏需求的60%。我國目前對磷石膏的綜合利用率不到10%,大部分企業采用的是堆存處理的辦法,現有應用途徑主要是用于水泥工業、生產化工原料和采用炒制或蒸壓工藝生產石膏建材制品,用作路基或工業填料、改良土壤等。搞好磷石膏的綜合利用和無害法處理,已成為我國磷肥工業能否健康、可持續發展的關鍵因素。因此,我們采用三十多年綜合治理固體廢渣的經驗,淘汰炒制和蒸壓舊工藝,探索出一步法新工藝,即利用電石渣、粉煤灰和少量水泥對磷石膏直接進行機械和化學活化,再采用水熱養護方式研制廢渣膠凝材料,獲取該膠凝體系優化配合及探索養護方式及制度對該膠凝體系性能的影響。

1、原材料

1.1磷石膏:取自湖北三寧化工磷石膏堆場,灰色,水含量2022%PH5.32,主要化學成份見表1

1.2電石渣:電石渣是樹脂廠、聚氯乙烯廠、乙炔氣生產工廠的廢渣,取自湖北宜昌化工集團股份有限公司電石渣堆場,灰白色,水含量2428%,主要化學成份見表1

1.3水泥:湖北三峽水泥有限公司生產的P·O42.5R水泥。

1.4粉煤灰:湖北省化肥廠原狀濕排灰,含水率1215%88um方孔篩篩余36%,為低鈣粉煤灰,活性較差,主要化學成份見表1

1.5建筑垃圾:建筑垃圾中的廢磚瓦、廢混凝土,破碎成38毫米的顆粒。

1    電石渣、磷石膏、粉煤灰的主要化學成份

名稱

CaO

SiO2

SO3

A12O3

MgO

Fe2O3

P2O5

結晶水

燒失量

電石渣

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、生產工藝流程

主要工藝分為:膠凝材料的制備和環保節能系列建材生產新工藝,其主要生產工藝流程見圖1

1磷石膏、電石渣、粉煤灰生產系列建材工藝流程圖

3、產品性能與分析

3.1產品質量的測試

電石渣、磷石膏、粉煤灰、水泥膠凝材料生產環保節能系列建材,經按JC/T4222007GB/T152292002GB/T1743標準檢測,結果見表2

2  電石渣、磷石膏、粉煤灰、水泥膠凝材料環保節能系列建材測試結果

檢測指標

非煅燒輕集料

輕質空心保溫砌塊

非燒結垃圾尾礦磚

標準要求

實測值

標準要求

實測值

標準要求

實測值

干體積密度(Kg/m3

800

780

700

681

——

——

抗壓強度(Mpa

5.0

5.4

5.0

5.0

15.0

16.4

干燥收縮率(%

——

——

0.03

0.026

0.06

0.04

碳化系數

——

——

0.8

0.98

12.0

13.6

吸水率(%

22

16.5

20

15

18

11

軟化系數

0.80

0.96

0.75

0.96

0.80

0.88

抗凍性-1520

D155

3.2

D25

合格

D15

合格

燒失量(%

15

6.5

——

——

——

——

SO3%

1

0.26

——

——

——

——

放射性

外照射

指數

1.0

0.35

1.3

0.38

1.0

0.32

內照射

指數

1.0

0.24

1.0

0.28

1.0

0.18

3.2產品強度形成機理

采用L934)正交試驗,試驗結果,各因素對強度影響的主次順序為:磷石膏摻量>水泥摻量>電石渣摻量。磷石膏摻量對抗壓強度影響最顯著。這是由于該膠凝體系中,強度主要來源于活性被激發后的粉煤灰水化。粉煤灰活性的激發包括自身火山灰活性和激發劑促進兩個方面。硫酸鹽在粉煤灰活性激發過程中扮演著積極的角色,而CaOH2,CaO為必要條件;粉煤灰中的SiO2A12O3可以電石渣反應形成C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣。水化鋁酸鈣在富石膏的條件下,轉為鈣礬石,從而形成強度。水泥水化產生C-S-H凝膠和CaOH2對強度有促進作用,且其水化產生的CaOH2又進一步激發了粉煤灰的活性。

綜合考慮3個因素的影響程度,確定最優化方案為:m(電石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328

3.3養護方式對產品強度的影響

利用最優配方和先進的生產工藝,制成產品坯體。分別采用標準養護、常壓蒸汽低溫養護、粉煤灰渣建材制品養護機養護。對不同養護方式對產品強度的影響,結果見表3

3  養護方式對產品強度的影響

養護方式

抗壓強度/ Mpa

抗壓強度/ Mpa

7

28

7

28

標準養護

0.8

2.51

4.1

10.8

70℃恒溫蒸養7小時

3.0

3.5

10.7

13.2

100℃恒溫蒸養12小時

5.4

5.8

15.2

17.5

粉煤灰渣建材制品養

護機8012小時

4.6

5.1

15.6

18.4

    由表3可以看出,產品的強度,隨養護方式和養護溫度提高,產品強度增大,這說明溫度對粉煤灰活性相當敏感,尤其是7天強度,在70100℃變化較大,由5.4 Mpa增至15.2 Mpa,增加了約42%

標準養護條件下,粉煤灰活性激發相當緩慢,試樣早期強度低,這是因為大量粉煤灰未參與反應,膠凝材料中粉煤灰的活化程度受溫度影響明顯,70℃蒸養7小時后,再自然養護7天的硬化體中已有部分粉煤灰參與反應,生成一定量的鈣礬石和C-S-H凝膠;后期激活程度更高,水化產物相對增多,其抗壓強度呈顯較大漲幅;在100℃恒溫條件下其活性得到顯著激發,蒸養后自然養護7天的硬化體中鈣礬石和C-S-H凝膠已普遍生成,28天后其生成更大,鈣礬石更密集粗壯。它們相互交叉連鎖,形成網絡結構,微細顆粒堵塞其中,從而使強度提高。

3.4蒸養時間產品強度的影響

從表3可知,蒸養時間對產品性能影響也很明顯。即隨恒溫蒸養時間的延長,粉煤灰活性激發更徹底,火山灰反應進行得更激烈,硬化體中鈣礬石等水化產物的生成量更大,峰值更高,二水石膏等消耗更明顯,制品的強度表現更趨良好。100℃蒸養12小時的制品7天抗壓強度達15.2 Mpa,粉煤灰渣建材制品養護機在80℃養護12小時,7天抗壓強度15.6 Mpa,100℃蒸養12小時,抗壓強度還略高,這是因為養護機養護時提供的是帶煤燃燒過程的含有一定量的二氧化碳的熱空氣,它使產品表面一部分發生碳化反應,內部發生水化和水熱合成反應而提高了產品強度。但考慮到節能等因素,采用100℃蒸養10小時,粉煤灰渣建材制品養護機80℃養護10小時較為適宜。

綜上所述,確定工藝制度為:電石渣20,磷石膏40,粉煤灰32,經計量、機械活化制成廢渣膠凝材料。取膠凝材料95%,水泥5%,高分子復合型外加劑0.5%,水灰比1618%,經成球機成球,太陽能蒸汽養護后作成非煅燒輕集料。將非煅燒輕集料45%,水泥8%,廢渣膠凝料47%,高分子復合型外加劑0.5%,水灰比1820%,用機械振動成型,脫模于100℃蒸養10小時或用粉煤灰渣建材制品養護機80℃養護10小時制得合格產品。

從表2可見,制品的各種技術指標皆滿足JC/T4222007GB/T152292002GB/T1743標準的要求。

4.結語

1)按m(電石渣):m(磷石膏):m(粉煤灰):m(水泥)=2040328。配制成膠凝材料,可用此膠凝材料制成非煅燒輕集料,可用此膠凝材料加非煅燒輕集料或其它骨料再加入0.5%高分子復合型外加劑,制成輕質保溫空心砌塊,非煅燒垃圾尾礦磚。在100℃下蒸養12小時或在80℃下熱空氣循環養護12小時,之后在空氣中自然養護,該膠凝材料生產的非煅燒垃圾尾礦磚達到16.4 Mpa,輕質保溫空心砌塊達5 Mpa,其它各項指標皆滿足標準要求。

2)膠凝體系產生較高強度的主要原因是形成了大量的水化硅酸鈣和鈣礬石。

3)膠凝體系的強度隨養護溫度的升高而增大,并在70100℃存在一個較大的躍遷。

4)膠凝體系的強度隨恒溫養護時間的延長而增大。

 

 

參考文獻:

1、何春雨、袁偉、譚克鋒 磷石膏—粉煤灰—石灰—水泥膠凝體系性能研究新型建筑材料 2009.8.1-3

 

 
 
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