本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領域，具體涉及一種磷石膏發(fā)泡制品及其制備方法。

背景技術(shù)：

磷石膏是磷化工企業(yè)濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，每1噸磷酸將產(chǎn)生約5噸磷石膏。據(jù)統(tǒng)計，目前我國磷石膏排放量已超過7000萬噸，堆存量已經(jīng)達到2.5億噸，而且這個數(shù)字還在逐年增加。然而，磷石膏的利用率卻不超過25％，大量無法利用的磷石膏只能采用堆放處理，這不僅占用大量土地資源，還污染環(huán)境；同時，我國天然石資源也在日益枯竭。因此，尋找一種能夠大量消納磷石膏，替代天然石膏的方法迫在眉睫。

目前，我國利用磷石膏制備發(fā)泡制品還不多見，近期有幾項利用磷石膏制備泡沫制品的發(fā)明專利。專利申請?zhí)枮椋?01410568775.9的“防水自保溫磚及其制備方法”的專利文獻中，申請人介紹了一種防水自保溫磚，其組分及各組分的質(zhì)量百分比分別為：水泥10％～13％；工業(yè)固廢45％～65％；鋁粉發(fā)泡劑0.5％～1％；纖維素0.2％～10％；膠粉0.5％～0.8％；防水劑1％～2％；余量為水。專利申請?zhí)枮椋?01210152602.X的“一種節(jié)能利廢砌塊或板材及其制備方法”的專利文獻中，申請人介紹的節(jié)能利廢砌塊或板材是脫硫石膏、礦渣粉、超細粉煤灰、水泥、發(fā)泡劑、堿性激發(fā)劑、早強劑、減水劑、礦物纖維和三乙醇胺組成。該砌塊或板材各組分的質(zhì)量份數(shù)為：脫硫石膏100；礦渣粉90～115；超細粉煤灰20～70；水泥40～60；發(fā)泡劑0.4～0.9；堿性激發(fā)劑4～10；早強劑2～8；減水劑0.05～1.40；聚丙烯纖維0.50～2.50；三乙醇胺0.003～0.010。

專利申請?zhí)枮椋?01310018084.7的“一種磷石膏基發(fā)泡混凝土”的專利文獻中，申請人介紹的發(fā)泡混凝土，由下列材料及重量份數(shù)組成：水60～350、磷石膏43.5～261、粉煤灰10～60、水泥10～60、生石灰3～3.5、減水劑0.01～0.02、發(fā)泡劑0.5～3.5。專利申請?zhí)枮椋?01010153278.4的“微波高溫法處理磷石膏生產(chǎn)免蒸壓泡沫混凝土砌塊的方法”的專利文獻中，申請人介紹了一種泡沫混凝土，其組分重量百分比為：β型半水石膏或βⅡ型無水石膏60％～70％；粉煤灰(Ⅰ級)8％～20％；水泥(普通硅酸鹽42.5)10％～15％生石灰5％～10％；改性外加劑(DXYY-01石膏砌塊增強劑)1％～5％。

上述專利中介紹的泡沫制品，雖然有些早強較高，有些有特殊針對性，但是都摻入了水泥或水泥熟料，且摻量較高，或者也摻入了外加劑，生產(chǎn)成本較高。并且，其中有些利用蒸壓養(yǎng)護或微波高溫處理，對設備要求較高，且工藝復雜，經(jīng)濟效益差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種磷石膏發(fā)泡制品及其制備方法，輕質(zhì)高強、保溫隔熱、隔音吸聲；并且，原料中沒有采用水泥或水泥熟料，磷石膏等固體廢棄物使用量大，工藝簡單，成本低。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

一種磷石膏發(fā)泡制品，其原料包括固體廢棄物、外加劑和水；其中，所述的固體廢棄物包括磷石膏、鋼渣和礦渣，所述的外加劑溶液包括雙氧水發(fā)泡劑和聚羧酸減水劑。

按上述方案，所述的原料除水外各組分按照重量百分比為：鋼渣7％～13％，礦渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，雙氧水發(fā)泡劑0.1％～3％，聚羧酸減水劑0％～1％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.356～0.7倍。優(yōu)選的，所述原料除水外各組分按照重量百分比為：鋼渣7％～12％，礦渣45.53％～65.53％，半水磷石膏25％～45％，雙氧水發(fā)泡劑1％～2％，聚羧酸減水劑0％～0.6％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.356～0.51倍。

按上述方案，所述的鋼渣為鋼鐵廠煉鋼工業(yè)廢渣，其主要化學成分有二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)、氧化鐵(FeO)。

按上述方案，所述的礦渣為鋼鐵廠高爐水淬礦渣，其主要的化學成分有二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)、氧化鐵(FeO)。

按上述方案，所述的礦渣為比表面積大于280m²/Kg的礦渣粉，鋼渣為比表面積大于200m²/Kg的鋼渣粉。

按上述方案，所述的半水磷石膏為工業(yè)副產(chǎn)石膏經(jīng)高溫脫水而制得；其中，脫水溫度170～250℃，脫水時間0.5～1h。

按上述方案，所述的雙氧水發(fā)泡劑是質(zhì)量百分數(shù)為30％的過氧化氫溶液。

按上述方案，所述的聚羧酸減水劑是標準型聚羧酸減水劑。

本發(fā)明所述的磷石膏發(fā)泡制品的制備方法，包括如下步驟：

1)預處理：分別將礦渣、鋼渣、半水磷石膏烘干備用；將磷石膏在170℃～250℃溫度下煅燒0.5～1h，制成半水磷石膏；將已烘干的礦渣粉磨至比表面積大于280m²/Kg，將已烘干的鋼渣粉磨至比表面積大于200m²/Kg；

2)所述的原料中除水以外，其他各原料組分按照重量百分比為：鋼渣7％～13％，礦渣45％～68％，半水磷石膏25％～46％，雙氧水發(fā)泡劑0.1％～3％，聚羧酸減水劑0％～1％；水的加入量為其他各原料組分總質(zhì)量的0.356～0.7倍；按上述配比，準備各原料；

3)按步驟2)所述配比，將鋼渣粉、礦渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混勻，得到固體廢棄物混合物；將雙氧水發(fā)泡劑、聚羧酸減水劑和水按比例配合混勻，得到外加劑溶液；

4)將步驟3)制備得到的固體廢棄物混合物和外加劑溶液混合，經(jīng)成型、養(yǎng)護后，得到磷石膏發(fā)泡制品。

按上述方案，所述步驟4)中的成型的具體方法為：將步驟3)制備得到的固體廢棄物混合物和外加劑溶液混合后，經(jīng)機械攪拌超過5s后得到混合料漿，然后澆注于預制模具內(nèi)成型。

按上述方案，所述步驟4)中的養(yǎng)護分為蒸汽養(yǎng)護和水中養(yǎng)護。其中，蒸汽養(yǎng)護溫度30～60℃，養(yǎng)護12～24h；水中養(yǎng)護溫度20℃，養(yǎng)護27～28天。

本發(fā)明主要的基本原理：本發(fā)明將鋼渣、礦渣、半水磷石膏和外加劑溶液共同攪拌混合均勻，前三者作為膠結(jié)劑，外加劑溶液起到發(fā)泡和減少水灰比以提高制品強度的作用。其中，加入水后，鋼渣提供一定的堿度和Ca²⁺濃度促進礦渣水解，在石膏存在的情況下，礦渣水解不斷生成水化產(chǎn)物C-S-H凝膠和鈣礬石，形成的C-S-H和鈣礬石是本制品具有高強度的原因；同時，在一定的堿度和鋼渣中Fe³⁺的存在，使得均勻分散于混合料中的雙氧水分解出氧氣，氣體充填于制品結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得制品在硬化后內(nèi)部形成均勻分布的微小氣孔，這種結(jié)構(gòu)是本制品具有質(zhì)輕、保溫隔熱和隔音吸聲等特性的原因。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：第一，本發(fā)明組分中沒有水泥或水泥熟料，固體組分完全由工業(yè)廢棄物制得，成本低，經(jīng)濟效益好；第二，本發(fā)明組分中磷石膏利用率高達46％，有利于大量消耗工業(yè)副產(chǎn)磷石膏，同時組分中鋼渣在水溶液中會釋放出Fe³⁺，可以使得過氧化氫迅速徹底分解，無需再添加催化劑，既有效利用了固體廢棄物鋼渣，還可以消除催化劑帶來的成本上升和對制品性能的影響；第三，本發(fā)明工藝簡單，成型制品性能滿足國家標準規(guī)定。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

本實施例中，鋼渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成鋼渣粉，按照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法》測定其勃氏比表面積為：394m²/Kg；礦渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成礦渣粉，測定勃氏比表面積為：411m²/Kg；磷石膏取自湖北省黃麥嶺磷化工有限公司，在170℃烘箱中烘干1小時；發(fā)泡劑采用質(zhì)量分數(shù)為30％的過氧化氫溶液；減水劑采用標準型聚羧酸減水劑。

磷石膏發(fā)泡制品(編號為G0-G5，鋼渣用量不同)，其原料包括固體廢棄物、外加劑和水；其中，所述的固體廢棄物和外加劑中各組分按照重量百分比為：鋼渣粉7％～12％，礦渣粉50.4％～55.4％，半水磷石膏35％，雙氧水發(fā)泡劑2％，聚羧酸減水劑0.4％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.45倍。編號為G0-G5的磷石膏發(fā)泡制品，各原料配比具體如表1所示。

上述磷石膏發(fā)泡制品(編號為G0-G5)的制備方法，包括如下步驟：

1)將鋼渣粉、礦渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混勻，得到固體廢棄物混合物；將雙氧水發(fā)泡劑、聚羧酸減水劑和水按比例配合混勻，得到外加劑溶液；

2)將步驟1)制備得到的固體廢棄物混合物和外加劑溶液攪拌均勻制成料漿，參照GB/T8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，采用“微型坍落度儀法”測定料漿的流動度值(如表1所示)，再將制成的料漿注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護箱內(nèi)(溫度為40℃，相對濕度為60％)養(yǎng)護1天后刮去上層部分并脫模，脫模后的試塊放入20℃的水中繼續(xù)養(yǎng)護至28天，然后分別測定其各齡期的強度(如表1所示)；

3)養(yǎng)護至28天后所得的磷石膏發(fā)泡制品試塊測量體積后，敲碎并放入60℃的烘箱中烘干至恒重，然后計算該試塊的體積密度(如表1所示)。

表1不同鋼渣摻量的磷石膏發(fā)泡制品性能情況

由表1可見，鋼渣摻量在7％～12％范圍內(nèi)時，發(fā)泡制品都可達到較高的強度，但鋼渣摻量為8％～10％時，強度可達到最高。

實施例2

本實施例中，鋼渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成鋼渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面積測定方法》測定其勃氏比表面積為：394m²/Kg；礦渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成礦渣粉，測定勃氏比表面積為：411m²/Kg；磷石膏取自湖北黃麥嶺磷化工有限公司，在250℃烘箱中烘干0.5小時；發(fā)泡劑采用質(zhì)量分數(shù)30％的過氧化氫溶液；減水劑采用標準型聚羧酸減水劑。

磷石膏發(fā)泡制品(編號為H45-H51，加水量不同)，其原料包括固體廢棄物、外加劑和水；其中，所述的固體廢棄物和外加劑中各組分按照重量百分比為：鋼渣粉10％，礦渣粉53.53％，半水磷石膏35％，雙氧水發(fā)泡劑1.25％，聚羧酸減水劑0.22％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的1:0.45～0.51倍。編號為H45-H51的磷石膏發(fā)泡制品，各原料配比具體如表2所示。

上述磷石膏發(fā)泡制品(編號為H45-H51)的制備方法、性能測試，與實施例1中磷石膏發(fā)泡制品(編號為G0-G5)相同；結(jié)果如表2所示。

表2不同加水量的磷石膏發(fā)泡制品性能情況

實施例3

本實施例中，鋼渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成鋼渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面積測定方法》測定其勃氏比表面積為：394m²/Kg；礦渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成礦渣粉，測定勃氏比表面積為：411m²/Kg；磷石膏取自湖北黃麥嶺磷化工有限公司，在200℃烘箱中烘干0.8小時；發(fā)泡劑采用30％過氧化氫溶液；減水劑采用標準型聚羧酸減水劑。

磷石膏發(fā)泡制品(編號為J1-J5，減水劑用量不同)，其原料包括固體廢棄物、外加劑和水；其中，所述的固體廢棄物和外加劑中各組分按照重量百分比為：鋼渣粉8％，礦渣粉55.31％～55.75％，半水磷石膏35％，雙氧水發(fā)泡劑1.25％，聚羧酸減水劑0％～0.44％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.48倍。編號為J1-J5的磷石膏發(fā)泡制品，各原料配比具體如表3所示。

上述磷石膏發(fā)泡制品(編號為J1-J5)的制備方法、性能測試，與實施例1中磷石膏發(fā)泡制品(編號為G0-G5)相同，結(jié)果如表3所示。

表3不同減水劑摻量的磷石膏發(fā)泡制品性能情況

實施例4

本實施例中，鋼渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成鋼渣粉，按照GB/T8074-2008《水泥比表面積測定方法》測定其勃氏比表面積為：394m²/Kg；礦渣取自武漢鋼鐵有限公司，烘干后將其粉磨成礦渣粉，測定勃氏比表面積為：411m²/Kg；磷石膏取自湖北黃麥嶺磷化工有限公司，在220℃烘箱中烘干0.9小時；發(fā)泡劑采用30％過氧化氫溶液；減水劑采用標準型聚羧酸減水劑。

磷石膏發(fā)泡制品(編號為S1-S1.75，雙氧水發(fā)泡劑的用量不同)，其原料包括固體廢棄物、外加劑溶液和水；其中，所述的固體廢棄物和外加劑中各組分按照重量百分比為：鋼渣粉10％，礦渣粉55.31％～55.75％，半水磷石膏35％，雙氧水發(fā)泡劑1％～1.75％，聚羧酸減水劑0.22％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.48倍。編號為S1-S1.75的磷石膏發(fā)泡制品，各原料配比具體如表4所示。

上述磷石膏發(fā)泡制品(編號為S1-S1.75)的制備方法、性能測試，與實施例1中磷石膏發(fā)泡制品(編號為G0-G5)相同，結(jié)果如表4所示。

表4不同雙氧水摻量的磷石膏發(fā)泡制品性能情況

實施例5

本實施例中所用的原料種類和來源均與實施例1相同。

磷石膏發(fā)泡制品(編號為P1-P5，半水磷石膏摻量不同)，其原料包括固體廢棄物、外加劑和水；其中，所述的固體廢棄物和外加劑中各組分按照重量百分比為：鋼渣粉8％，礦渣粉45.53％～65.53％，半水磷石膏35％，雙氧水發(fā)泡劑1.25％，聚羧酸減水劑0.22％；水的加入量為固體廢棄物和外加劑總質(zhì)量的0.48倍。編號為P1-P5的磷石膏發(fā)泡制品，各原料配比具體如表5所示。

上述磷石膏發(fā)泡制品(編號為P1-P5)的制備方法，包括如下步驟：

1)按照表5將鋼渣粉、礦渣粉和半水磷石膏粉按比例配合混勻，得到固體廢棄物混合物；將雙氧水發(fā)泡劑、聚羧酸減水劑和水按比例配合混勻，得到外加劑溶液；

2)將步驟1)制備得到的固體廢棄物混合物和外加劑溶液攪拌均勻制成料漿，參照GB/T8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，采用“微型坍落度儀法”測定料漿的流動度值(如表5所示)，再將制成的料漿注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護箱內(nèi)(溫度為40℃，相對濕度為60％)養(yǎng)護1天后刮去上層部分并脫模，脫模后的試塊放入20℃的水中繼續(xù)養(yǎng)護至28天，然后分別測定其各齡期的強度(如表5所示)；

3)養(yǎng)護至28天后所得的磷石膏發(fā)泡制品試塊測量體積后，敲碎并放入60℃的烘箱中烘干至恒重，然后計算該試塊的體積密度(如表5所示)。

表5不同半水磷石膏摻量的磷石膏發(fā)泡制品性能情況

綜上所述，以上五組實施例均是按照本發(fā)明的制備方法實施的，制備得到的發(fā)泡制品的性能均滿足國家標準規(guī)定。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。