鋼渣微粉改性磷石膏試驗研究

陳 勇,解鵬洋

(中國新型建材設計研究院有限公司,浙江 杭州 310022)

磷石膏是生產濕法磷酸的副產品,我國每年磷石膏的排放量在5000萬噸左右,累計堆存量超過2億噸。由于磷石膏呈酸性且含有P2O5等有害成分,儲存和利用受到很多限制[1-2]。目前磷石膏的利用途徑成本高且制品性能不理想,消納量又遠小于新增排放量,而磷石膏堆放容易又對水體和土壤造成污染,磷石膏綜合利用的難題一直困擾著人們。

本文針對磷石膏的特點,探索利用鋼渣微粉中殘余的活性石灰中和磷石膏的酸性,同時改善磷石膏的顆粒級配分布,以降低建筑石膏的標準稠度用水量,進而改善其制品的性能[3-4]。磷石膏和鋼渣同為工業副產物,都存在排放量大和難以消容的問題,鋼渣微粉改性磷石膏可以同時消納二者,減少對環境的污染,同時產生一定的經濟效益,這對時下倡導的綠色循環經濟是一個十分有益的促進。

1 試驗

1.1 原材料

鋼渣微粉：上海某鋼廠煉鋼排出的熔渣,粉磨后比表面積460m2/kg,pH值>14,f-CaO=5.32%。

磷石膏：安徽某磷肥廠生產濕法磷酸時排放出的副產品。新下線磷石膏pH值2.1,品位89%,P2O5=2.21%,水溶性P2O5=0.66%。堆場磷石膏pH值4.0,品位90%,P2O5=1.26%,水溶性P2O5=0.25%。

1.2 試驗方法

鋼渣微粉改性磷石膏,可以預先摻入磷石膏,也可以直接摻入建筑石膏。在磷石膏中摻入鋼渣微粉,陳化后粉磨煅燒,分散效果相對較好。

(1)鋼渣微粉按照0%、10%、20%和30%的比例分別摻入新下線磷石膏和堆場磷石膏,拌勻陳化一周,烘干粉磨后過0.2mm方孔篩。

(2)過篩粉料在托盤中攤平,厚度不超過10mm,置于(160±5)℃烘箱中煅燒約1h,控制殘余結晶水3.5%～4.5%,所得建筑石膏裝袋密封陳化24h。

(3)建筑石膏按照GB/T 9776-2008《建筑石膏》測試標準稠度用水量。

(4)建筑石膏按照標準稠度用水量各制備2組6條試件,試件大小為160mm×40mm×40mm,其中1組置于(20±3)℃、(65±10)RH%環境下養護2h,另1組置于(20±3)℃、(65±10)RH%環境下養護2h后立即移入(40±3)℃烘箱中恒量。測試試件的抗折強度和抗壓強度。

(5)新下線磷石膏和堆場磷石膏直接干燥粉磨,過0.2mm方孔篩,過篩粉按(2)進行處理,再按(1)中的比例將鋼渣微粉摻入建筑石膏中,依照(3)、(4)進行測試。

2 試驗結果與分析

2.1 鋼渣微粉摻量和摻入方式對新下線磷石膏性能的影響

鋼渣微粉摻量和摻入方式對新下線磷石膏強度等性能有明顯的影響。制備了7組建筑石膏,并對這7組建筑石膏的性能進行了測試,測試結果如下表1所示。

如表1所示,隨著鋼渣微粉摻量的增加,新下線磷石膏pH值接近中性乃至弱堿性。標準稠度用水量有所降低,摻量為20%時,降幅達到10%,摻量繼續增加影響不敏感。2h強度和絕干強度隨著鋼渣微粉摻量的增加均有明顯的提高,鋼渣微粉摻量為20%時,強度增幅明顯,超過30%,摻量繼續增加影響不敏感。強度的提高很大程度是標準稠度用水量下降所致。

表1 鋼渣微粉摻量和摻入方式對新下線磷石膏性能的影響

鋼渣微粉預混入磷石膏的改性效果比摻入建筑石膏要明顯,標準稠度用水量降幅相差3%,絕干強度提升幅度相差10%。這緣于鋼渣微粉預混入的分散效果更好,對磷石膏顆粒級配有更加明顯的改善。

2.2 磷石膏陳化對磷石膏改性效果的影響

試驗表明鋼渣微粉對新下線磷石膏的改性效果要比堆場磷石膏明顯,絕干強度提高幅度高10%。這緣于新下線磷石膏酸性強,P2O5含量較高,鋼渣微粉使pH值轉變為中性甚至弱堿性,影響強度的水溶性P2O5轉變成難溶性磷酸鹽,鋼渣微粉對其改性效果的十分顯著。堆場磷石膏經過雨水沖刷,酸性降低且部分P2O5進入地表涇流而使其含量降低,鋼渣微粉的改性效果相較新下線磷石膏要弱。

3 結論

(1)鋼渣微粉的摻入可以明顯提高磷石膏的強度,預混入磷石膏陳化,增強效果更顯著,強度升幅達30%以上。

(2)鋼渣微粉對新下線磷石膏和堆場磷石膏有很好的改性效果,但新下線磷石膏酸度大且限制成份略高,因此其對新下線磷石膏增強效果要更顯著。