磷石膏基α-高強半水石膏制備自流平材料

張振環(huán)，馬 航，萬邦隆，彭 操，楊曉龍

（云南云天化股份有限公司 研發(fā)中心，云南 昆明 650228）

磷石膏是濕法磷酸加工的副產(chǎn)物，其綜合利用是世界性難題，長期以來各國磷石膏大都采用自然堆置方式處置。近年來隨著以貴州省為代表的磷石膏“以用定產(chǎn)”政策的實施，對加速磷石膏綜合利用提出了新的要求。云南云天化股份有限公司（以下簡稱公司）年產(chǎn)磷酸P2O5約230萬t，年產(chǎn)磷石膏（干基）約1 300萬t，2019年公司磷石膏綜合利用率為24%左右，距國家要求的50%尚有較大差距。大量磷石膏只能采用堆存方式處置，但現(xiàn)有磷石膏堆存渣場容量越來越受限，并面臨安全、環(huán)保風險，直接危及公司的可持續(xù)發(fā)展。另外，現(xiàn)有磷石膏雜質(zhì)含量較高，難以直接利用，為此公司先后開展了磷石膏脫硅、脫磷、脫有機質(zhì)，磷石膏制備建材、制酸等工業(yè)試驗，均未形成穩(wěn)定的規(guī)?；瘻p排磷石膏及綜合利用技術(shù)。

石膏基自流平材料是一種新型建筑材料，是由石膏材料、特種骨料及多種建筑化學添加劑均勻混合而成，無須任何外加的機械鋪平工作，能自動向各方流動并鋪展平整，具有良好的耐高溫性、收縮性等性能，是建筑物地面精準找平的理想材料［1］。

筆者以磷石膏為原料制備α-高強半水石膏，以α-高強半水石膏為基材，研發(fā)一種高性能新型環(huán)保自流平建筑材料。

1 實驗

1.1 實驗原料

磷石膏，云南三環(huán)中化化肥有限公司二水濕法磷酸料漿過濾洗滌后得到，化學成分分析結(jié)果見表1。

表1 磷石膏化學成分分析結(jié)果%

水泥，P.O.42.5 R，云南昆鋼嘉華水泥建材有限公司，物理性能見表2。

重質(zhì)碳酸鈣，45μm（325目）；石英砂，120～180μm（80～120目），云南昆明；蛋白類緩凝劑QX，浙江太濮環(huán)?？萍加邢薰?；可再分散性乳膠粉，5010N，廣州市宏益化工有限公司；羥丙基甲基纖維素保水劑，上海臣啟化工科技有限公司；消泡劑，THI?X-568，煙臺恒鑫化工科技有限公司；聚羧酸減水劑，CQJ-JSS，上海臣啟化工科技有限公司；拌合水，自來水。

表2 水泥的物理性能

1.2 實驗方法

先以磷石膏為原料制備α-高強半水石膏，然后在較成熟的石膏基自流平材料配方中，用α-高強半水石膏替代大量膠凝材料，檢測所制得自流平材料性能，并對比國家標準。

1.3分析方法

初始流動度用水量、凝結(jié)時間測定方法按照GB/T 17669.4—1999中要求進行［2］；試件抗折強度、抗壓強度測定方法按照GB/T 17669.3—1999中要求進行［3］；自流平材料性能測定則參照JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂漿》標準［4］。其中，所用到的主要設(shè)備有水泥膠砂振動臺（ISO型）、TYE-10C數(shù)顯式抗折抗壓實驗機、鐵制模具（型號40 mm×40 mm×160 mm）、凝結(jié)時間測定儀（ISO新標準維卡儀）和石膏稠度儀。

2 磷石膏制備α-高強半水石膏

以二水濕法磷酸料漿（含磷石膏）為原料，用泵送入結(jié)晶轉(zhuǎn)化槽，加入經(jīng)計量的硫酸，控制一定的工藝條件使二水石膏向半水石膏轉(zhuǎn)化。半水料漿從結(jié)晶轉(zhuǎn)化槽溢流至半水養(yǎng)晶槽，停留一定時間，使半水晶體發(fā)育長大。然后把合格的半水料漿過濾、洗滌、烘干、粉磨，制備成α-高強半水石膏。

工藝條件：結(jié)晶轉(zhuǎn)化槽溫度為（100±5）℃，半水養(yǎng)晶槽溫度為（90±5）℃，料漿反應(yīng)時間為2.0 h，液相w（P2O5）為18%～23%，液相w（SO3）為8%～12%，料漿液固質(zhì)量比為（1.5～2.0）∶1.0，攪拌轉(zhuǎn)速為100 r/min（線速度1.02 m/s）。

制備出的α-高強半水石膏，經(jīng)檢測2 h抗折強度為4.35～4.68 MPa，絕干抗壓強度為30.89～31.77 MPa，達到JC/T 2038—2010《α型高強石膏》中α30等級。α-高強半水石膏的組成（XRD定量分析）：w（半水石膏）72.6%～73.3%，w（二水石膏）5.9%～6.4%，w（無水石膏）6.7%～7.2%，w（SiO2）13.6%～14.2%。α-高強半水石膏晶體形態(tài)見圖1。

圖1 α-高強半水石膏晶體形態(tài)

3 石膏基自流平材料的制備

傳統(tǒng)的石膏基自流平材料由六大材料組成：膠凝材料、礦物填料、調(diào)凝劑、流變劑、增強組分、拌合水。用水熱法制備的α-高強半水石膏替代大量膠凝材料制備石膏基自流平材料。

先將α-高強半水石膏、水泥、重質(zhì)碳酸鈣與石英砂在攪拌機中均勻混合，再將緩凝劑、乳膠粉、減水劑、保水劑、消泡劑加入拌合水中充分溶解，然后再將拌合水加入攪拌機中充分攪拌制備成自流平材料。實驗配方見表3。

表3 石膏基自流平材料實驗配方 kg

石膏基自流平材料的物理及力學性能檢測結(jié)果見表4。由表4可知，實驗制備的石膏基自流平材料性能達到JC/T 1023—2007標準。

表4 石膏基自流平材料物理及力學性能檢測結(jié)果

4 結(jié)論

磷石膏作為固體廢棄物，具有較大潛在利用價值。用α-高強半水石膏制備石膏基自流平材料是可行的。石膏基自流平材料具有高強度、新型環(huán)保等特點，為磷石膏綜合利用開辟一條新途徑。