一種磷石膏膠凝材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種磷石膏膠凝材料及其制備方法，屬于磷石膏、粉煤灰處理利用與建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。該磷石膏膠凝材料以磷石膏、粉煤灰及煤、炭為主要原料混合均勻磨細(xì)后，在1200～1250℃下煅燒30～50min，急冷至室溫，即得所需產(chǎn)品；本發(fā)明利用磷石膏和粉煤灰煅燒制備磷石膏膠凝材料，不僅為工業(yè)廢物的利用提供了途徑、變廢為寶，徹底解決了磷石膏的出路及二次污染問題，減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，而且還減少了水泥工業(yè)對天然原料的需求量，降低了成本，減輕了能源消耗及緩解了資源緊張的局勢，是一種低碳排放的綠色環(huán)保型膠凝材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
【專利說明】一種磷石膏膠凝材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷石膏膠凝材料及其制備方法，屬于磷石膏、粉煤灰處理利用與建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]磷石膏是磷化工行業(yè)硫酸與磷礦石反應(yīng)，濕法生產(chǎn)磷酸過程中所產(chǎn)生的酸性固體廢棄物，主要成分為CaSO4.2Η20。磷石膏除含CaSO4外，還含有少量未分解的磷礦粉、未洗滌干凈的磷酸、氟化鈣、鐵鋁化合物、酸不溶物以及潛在的放射性元素鐳(Ra )、鈾(U )、釷(Th )等多種危害環(huán)境和生物的有害雜質(zhì)，導(dǎo)致目前利用率很低，未能利用的大量磷石膏通常采用露天堆存或直接排放入海的處理方式，對陸地環(huán)境及海洋均造成較大的污染，嚴(yán)重影響了人類的生存環(huán)境。2006年5月，我國國家環(huán)保總局在“環(huán)函(2006)176號文”中將磷石膏定性為危險廢物。
[0003]據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)I噸P2O5磷酸約產(chǎn)生4.8~5.5t磷石膏。美國弗羅里達(dá)磷酸鹽研究所所長保羅.克利福德在“2010年中國國際磷石膏堆放及綜合利用技術(shù)開發(fā)與推廣研討會”上透露，目前全世界工業(yè)副產(chǎn)磷石膏堆放總量已達(dá)56億t，每年會新增1.1~1.5億t，且新增數(shù)量在2025到2040年期間還會翻倍。我國目前磷石膏年排放量占世界排放量的1/3左右，而利用率還不足總量的10%。大量磷石膏的堆積不僅嚴(yán)重危害周圍的生態(tài)環(huán)境，而且給磷化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的壓力。因此，磷石膏的資源化處置利用已成為全球研究的熱點， 如何將磷石膏安全而有效地處置利用，成為本發(fā)明的主要目的。
[0004]近年來，磷石膏的開發(fā)利用主要集中在制造硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥及石灰、水泥緩凝劑、硫酸銨和硫酸鉀以及在農(nóng)業(yè)上作為土壤改良劑、硫肥和鈣肥等。其中利用磷石膏作水泥緩凝劑及制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥是當(dāng)前磷石膏資源化利用的主要方向。
[0005]磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝生產(chǎn)硫酸和水泥從目前國內(nèi)外建成的工程實例來看存在較多問題，如:工藝熱耗高、生產(chǎn)能力低，物料容易在煅燒窯內(nèi)結(jié)圈、粘結(jié)甚至堵塞，使窯的通風(fēng)明顯惡化，燃料燃燒不完全，產(chǎn)量大幅下降。所生產(chǎn)出來的水泥熟料性能不良，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，利用磷石膏制造硫酸聯(lián)產(chǎn)石灰的技術(shù)也存在所得到的石灰含硫太高，導(dǎo)致石灰無法被利用，造成資源的浪費及產(chǎn)生二次污染等問題。因此，積極尋求磷石膏新的利用方法，提高其在產(chǎn)品應(yīng)用中的含量，是最終解決磷石膏問題的根本途徑。
[0006]本發(fā)明與磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝生產(chǎn)硫酸和水泥技術(shù)不同，采用磷石膏在高溫下煅燒分解產(chǎn)生CaO，與磷石膏及粉煤灰中的Si02、Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成含有C2S、C3S及C3A等硅鋁酸鹽礦物的磷石膏基膠凝材料，本材料與硅酸鹽水泥熟料按4:6混合可制得28天抗壓強度遠(yuǎn)高于純熟料水泥強度的膠凝材料。同時高溫煅燒過程中磷石膏中的雜質(zhì)可形成難溶性鹽類，從而降低磷石膏對水泥性能的不利影響。加入適當(dāng)?shù)奶拷M分有助于磷石膏的煅燒分解。但本發(fā)明與磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝生產(chǎn)硫酸和水泥技術(shù)不同的是，磷石膏分解率要求不高，其未分解的燒石膏(無水CaSO4)可作為水泥緩凝劑加以利用，節(jié)約了天然石膏，進(jìn)一步節(jié)約了資源，并有助于水泥強度的提高。本技術(shù)煅燒產(chǎn)生的煙氣可回收制備硫酸。
[0007]目前現(xiàn)有技術(shù)制備的活性水泥混合材主要有硅灰、礦渣、鋼渣及粉煤灰等，硅灰和礦渣的活性較高，但價格也較昂貴。鋼渣和粉煤灰活性相對較低，現(xiàn)有技術(shù)一般采用石膏做活性激發(fā)劑，價格也不便宜。
[0008]基于水泥工業(yè)高環(huán)境負(fù)荷、高能源消耗現(xiàn)狀，本發(fā)明利用工業(yè)固體廢物一磷石膏及粉煤灰煅燒制備磷石膏膠凝材料，這對于實現(xiàn)磷石膏的資源利用、促進(jìn)磷肥行業(yè)綠色、健康的可持續(xù)發(fā)展和建材行業(yè)的節(jié)能、減排具有十分重要的理論意義和良好的經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)境效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種利用磷石膏燒制的膠凝材料及其制備方法，利用磷石膏在高溫煅燒分解過程中所產(chǎn)生的CaO與磷石膏及粉煤灰中的Si02、Al203發(fā)生反應(yīng)生成各種硅酸鹽與鋁酸鹽礦物，同時利用磷石膏中未分解的CaSO4代替天然石膏作為水泥緩凝劑，制備磷石膏膠凝材料，該磷石膏膠凝材料由以下原料制得，各原料及重量百分比為:磷石膏70~90%、煤、炭10~20% 、粉煤灰O~10%。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供所述磷石膏膠凝材料的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)將磷石膏、煤、炭和粉煤灰干燥混合后粉磨至粒度為0.08mm篩篩余量小于10%的混合粉末；
(2)按0.15^0.25ml/g的比例在水中加入混合粉末，然后制成直徑為I~2cm的料球；
(3)將步驟(2)中得到的料球在溫度為1200~1250°C下煅燒30~50min，取出后急冷至室溫，制樣機中粉磨至400±10m2/kg，即得所需產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明把目前難以處置的磷石膏變成了一種有用的綠色環(huán)保建材加以資源化利用，減少了水泥工業(yè)對天然原料的需求量，降低生產(chǎn)成本，有效減輕了能源消耗及緩解了資源的緊張局勢，是一種新型的綠色環(huán)保型建材，有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0013]實施例1
本實施例所述磷石膏膠凝材料，由以下原料按重量比制備得到:磷石膏85%、煤、炭10%、粉煤灰5%，所用磷石膏、粉煤灰的主要化學(xué)成分如表1所示。
[0014]表1磷石膏、粉煤灰的主要化學(xué)組成
【權(quán)利要求】
1.一種磷石膏膠凝材料，其特征在于:該磷石膏膠凝材料由以下原料制得，各原料及重量百分比為:磷石膏70~90%、煤、炭10~20%、粉煤灰O~10%。
2.權(quán)利要求1所述的磷石膏膠凝材料的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)將磷石膏、煤、炭和粉煤灰干燥混合后粉磨至粒度為0.08mm篩篩余量小于10%的混合粉末；(2)按0.15^0.25ml/g的比例在水中加入混合粉末，然后制成直徑為I~2cm的料球； (3)將步驟(2)中得到的料球在溫度為1200~1250°C下煅燒30~50min，取出后急冷至室溫，制樣機中粉磨至400±10m2/k`g，即得所需產(chǎn)品。
【文檔編號】C04B11/26GK103755182SQ201410024353
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】李建錫, 闞黎黎, 寧平, 徐悅, 武杰 申請人:昆明理工大學(xué)