改性磷石膏作水泥緩凝劑的研究

楊曉明，李安梅，何曉強

(荊楚理工學院 化工與藥學院，湖北 荊門 448000)

磷石膏是在濕法磷酸生產中產生的固體廢渣，其主要成分為二水石膏，含量在 90%左右，每生產 1 t磷酸可產生5 t左右的磷石膏。目前我國每年排放磷石膏約 6000 萬t，大多數是露天堆放，不僅占用土地，且磷石膏中的可溶性 P和 F造成土壤、水系、大氣的污染。因此利用磷石膏取代天然石膏作水泥緩凝劑，不僅解決磷石膏的環境污染問題，還可以減少天然石膏的使用，降低水泥的生產成本，具有良好的經濟效益和的社會效益[1-2]。本文選用將磷石膏、石灰、粉煤灰和自制添加劑按照一定配比經處理后，制作成水泥緩凝劑；并同天然的二水石膏相對比，考察了二者對水泥的性能影響。

1 實驗[3-4]

1.1 實驗材料

磷石膏(荊門洋豐集團)；粉煤灰(荊門熱電廠)；生石灰(荊門)；天然石膏(荊門麻城)；熟料(荊門三峽水泥廠)；添加劑(自制)。

1.2 實驗設備

攪拌機(NJ-160A 型)；凝結時間測定儀(MD-7 型)；電動抗折試驗機(KZJ-500 型)；壓力試驗機(TYE-300B 型)。

1.3 試驗方法

凝結時間參照 GB/T 1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測試；抗折和抗壓強度按 GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力學性能的測定》進行測試。

1.4 實驗工藝

將按照一定配比的磷石膏、粉煤灰、生石灰、自制的添加劑和適量的水攪拌均勻，同一壓力壓制成型，在溫度為(25 ±1)℃，濕度100%的養護到齡期；在破碎，低溫烘干后備用。

2 結果與討論[5-6]

2.1 改性磷石膏的配比對水泥凝結時間和強度的影響

在改性磷石膏(其中的生石灰保持5%不變)和天然石膏于水泥熟料中配比一致的情況下，通過改變改性磷石膏中磷石膏和粉煤灰的配比，考察改性磷石膏的配比對水泥凝結時間和強度的影響。

表1 改性磷石膏的配比對水泥凝結時間和強度的影響

由表1可知：當改性磷石膏中磷石膏的配比降低時，水泥的凝結時間逐漸接近天然石膏，繼續降低磷石膏的配比時，水泥的凝結時間變化很小，而強度在降低，考慮到磷石膏的用量，選擇最佳配比為65∶30∶5。

2.2 添加劑外摻量對水泥凝結時間和強度的影響

在改性磷石膏配比(磷石膏∶粉煤灰∶生石灰=65∶30∶5)不變的情況下，通過改變添加劑外摻量的比例，考察添加劑外摻量對水泥凝結時間和強度的影響。

表2 添加劑外摻量對水泥凝結時間及強度的影響

由表2可知：當添加劑外摻量的配比增加時，水泥的凝結時間逐漸降低到接近天然石膏，繼續增加添加劑外摻量的配比時，水泥的凝結時間變化不大，強度反而降低，考慮到成本的因素，選擇最佳配比為1.5%。

3 結論

(1)改性磷石膏經化學預處理后，其中所含雜質大大減少，代替天然石膏作水泥緩凝劑是完全可行的。

(2)當改性磷石膏的配比為磷石膏/粉煤灰/生石灰=65/30/5，添加劑的外摻量為1.5%時，水泥的凝結時間比天然石膏的略長，但水泥的抗折和抗壓強度反而得到增強。

(3)用改性磷石膏代替天然石膏，不僅符合國家環保要求，而且降低了企業的生產成本和處理磷石膏的費用。