[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200910059917.8
[51]Int.CI.
C04B 11/26 (2006.01)
[43]公开日2009年12月9日[22]申请日2009.07.06[21]申请号200910059917.8
[71]申请人贵州安捷能建筑材料发展有限公司
地址550022贵州省贵阳市宝山南路190号[72]发明人赵四渝 鲁红允
[11]公开号CN 101597147A
[74]专利代理机构成都惠迪专利事务所
代理人谭新民
权利要求书 1 页 说明书 7 页
[54]发明名称
一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法[57]摘要
本发明涉及提供一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法。该方法包括下述步骤：(1)原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～2％，复合碱性激发剂1.5～4份％，余量为磷石膏或脱硫石膏；(2)将步骤(1)所述原料混合均匀后，进入煅烧炉在150～200℃的范围内恒温煅烧2～3h；(3)将步骤(2)煅烧后的原料自然冷却，冷却后经球磨磨细处理；(4)将步骤(3)磨细后的原料陈化3～4即得。本发明可以有效地避免二次环境污染，大大减少了磷石膏中所含微量元素对人体和环境的危害，同时改变了磷石膏颗粒呈正态分布，颗粒分布高度重集中、胶结材流动性差、需水量高、结构疏松、强度低等缺点，可制备高强度的半水磷石膏粉和脱硫石膏粉。
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权 利 要 求 书
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1、一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～2％，复合碱性激发剂1.5～4份％，余量为磷石膏或脱硫石膏；
(2)将步骤(1)所述原料混合均匀后，进入煅烧炉在150～200℃的范围内恒温煅烧2～3h；
(3)将步骤(2)煅烧后的原料自然冷却，冷却后经球磨磨细处理；
(4)将步骤(3)磨细后的原料陈化3～4天即得。
2、根据权利要求1所述的磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)中原料按质量百分比计组成为：复合固化剂1～2％，复合碱性激发剂2～4份％，余量为磷石膏。
3、根据权利要求1所述的磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)中原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～1％，复合碱性激发剂1.5～3份％，余量为脱硫石膏。
4、根据权利要求1所述的磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，其特征在于，所述复合固化剂为钾、镁、铝、硅、硫的金属盐类。
5、根据权利要求1所述的磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，其特征在于，所述复合碱性激发剂为氢氧化钙、硅铝碱性废弃物。
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说 明 书
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一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法及其使用方法。背景技术
磷石膏是磷化工中湿法磷酸生产过程排放的工业废弃物，生产一吨湿法磷酸(以P2O5计)产生4.5～5吨磷石膏。磷石膏的主要成分为硫酸钙，化学式为CaSO4·2H2O，此外还含有多种其他杂质。磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、有机物、放射性等杂质是导致磷石膏在堆存过程中造成环境污染的主要因素。磷石膏的大量堆存，不但侵占了土地资源，由于风蚀、雨淋造成了大气、水系及土壤的污染。长时间接触磷石膏，可导致人的病变。 我国拥有丰富磷矿资源，其中贵州省是我国最主要的磷化工基地，但磷化工产生大量工业废磷石膏处理困难、污染环境。如今，以磷石膏为原料生产的新型砌块砖已开始替代粘土砖，逐渐成为贵州建筑市场的“主角”。据了解，目前建筑能耗已占全社会终端能耗的28％，尤其是大型公共建筑能耗更高，不到4％的建筑面积占全国城镇建筑面积总能耗的22％。而贵州省过去墙体材料主要以粘土实心砖为主，每年毁田取土1.7万亩。与此同时，作为能源和铝工业、磷化工业大省，贵州每年排放的工业废弃物达上千万吨。
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现有磷石膏的综合利用率不高，主要由于磷石膏中含有较多的杂质，二是现有的磷石膏制备高强建筑石膏的工艺还不成熟，制备的石膏存在凝结时间长、强度低、流动性差、标准稠度需水量大的缺点。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，该工艺方法制备的建筑石膏能够克服磷石膏颗粒呈正态分布，颗粒分布高度重集中、胶结材流动性差、需水量高、结构疏松、强度低的缺点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，包括下述步骤：(1)原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～2％，复合碱性激发剂1.5～4份％，余量为磷石膏或脱硫石膏；(2)将步骤(1)所述原料混合均匀后，进入煅烧炉在150～200℃的范围内恒温煅烧2～3h；(3)将步骤(2)煅烧后的原料自然冷却，冷却后经球磨磨细处理；(4)将步骤(3)磨细后的原料陈化3～4天即得。这里的在150～200℃的范围内恒温煅烧是指在150～200℃之间的任意一个温度进行恒温煅烧。 具体地，所述步骤(1)中原料按质量百分比计组成为：复合固化剂1～2％，复合碱性激发剂2～4份％，余量为磷石膏。或所述步骤(1)中原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～1％，复合碱性激发剂1.5～3份％，余量为脱硫石膏。所述复合固化剂为钾、镁、铝、硅、硫等金属盐类，复合碱性激发剂为氢氧化钙、硅铝碱性废弃物等。
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由于磷石膏与天然石膏在组成和机构方面的差异，使其不能代替天然石膏直接用于生产石膏建材，因此将磷石膏制备成有两的建筑石膏必须对磷石膏进行预处理，清除主要有害杂质的影响和改善磷石膏凝结时间长、强度低、流动性差、标准稠度需水量大的缺点。由于磷石膏与磷矿的来源，以及磷矿的组成和生产磷酸工艺条件而存在差异，使得磷石膏所含杂质组份相当复杂，所以在选用磷石膏时首先要确定厂家是采用什么样的工艺。通常认为：二水工艺副产的磷石膏杂质含量最多；半水～二水法及二水～半水法副产的磷石膏杂质含量相对较少。磷石膏中的杂质包括三大类：1、游离磷酸和硫酸是在湿法磷酸生产中过滤残留的酸，游离酸会对结构建材产生一定的腐蚀性，同时还会延长石膏的凝固时间，使石膏强度下降；2、可溶性磷(包括游离磷酸和磷酸一钙等)，水化时，可与容易中的Ca离子反应生成难溶的磷酸三钙，并附着磷石膏表面，从而阻止石膏进一步水化和溶出，使得磷石膏凝结时间延长、结构疏松、强度降低，另外还有氟化物，当氟含量高于0.3％时会显著降低磷石膏的强度，减慢石膏凝固时间；3、有机物质，主要分布在磷石膏表面，对磷石膏质量影响较大，可使石膏制品表面发黑，长绿毛，减慢凝固速度、降低产品强度。综上所述，要想获得优良的建筑石膏粉，必须对磷石膏进行预处理，这是制备各种石膏最终产品的关键所在，只有通过对磷石膏预处理后得到的建筑石膏粉再经过化学改性就能得到高强度、耐水性好的石膏产品，才能在建筑领域得到更广泛的应用，否则将受到很大的制约。磷石膏的预处理方法很多，其中包括水洗法、中和法、浮选法、闪烧
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法等，其中水洗法技术成熟，效果较好，处理后的石膏性能稳定，国外采用多为此种方法。但是该方法工艺复杂，投资大，水耗和能耗大，水洗后的污水必须经专用设备处理方可排放，否则会造成二次污染。中和法采用廉价的CaO中和磷石膏中的酸、氟，使其转化为惰性难溶盐，调整磷石膏的PH值，消除磷石膏中残留酸对其性能的影响，控制好石灰掺和量是石灰中和法的关键，该方法工艺简单，投资少，不产生污染，效果显著，取料方便，因此采用中和法对磷石膏进行预处理是一种经济、实用、有效的预处理方式，但是，该方法不能消除磷石膏中有机质对其性能的不良影响。因此，本发明同时采用煅烧方法来消除有机质的问题。
本发明采用中和法的工艺流程及机理为：1、首先对磷石膏厂家生产的磷石膏进行相分析，得出游离磷酸、氟的含量，并通过实验得出加入生石灰或复合固化剂、复合碱性激发剂的掺量。2、将确定好的上述原料搅拌混合；3、煅烧，通常磷石膏含20～30％的游离水及20％的结晶水，也称之为二水磷石膏，二水磷石膏加热条件下会向半水石膏、无水石膏转化，温度不同，转化率不同。要制备性能优良的半水建筑石膏，要求半水石膏含量高，无水石膏含量低，这样就必须选择适宜的温度。磷石膏转化为建筑石膏的脱水原理与天然石膏相似，但因磷石膏中杂质的存在，使其与天然石膏脱水温度有较大差别。通常随着煅烧温度升高，转化系数及强度是上升趋势，当达到最高点时，该温度可确定为该磷石膏的煅烧温度。同时，实验表明，由于石膏为热的不良导体，所以石膏颗粒表面温度达到设定温度后，其内部
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温度却低于设定温度，会造成磷石膏的结构相分布不均，因此，需要一定的恒温时间，随着恒温时间的延长，建筑石膏强度和转化系数增大，但过长强度会有所下降，从综合性能与节能角度考虑，2h为一个最佳恒温时间点。4、球磨处理，磷石膏显微结构与天然石膏存在明显差别，磷石膏中二水石膏晶体以六面板状为主，颗粒呈正态分布，晶体均匀、规整，这种颗粒特征使其流动性差、需水量高、结构疏松、强度较低。通过中和、筛分、煅烧等预处理手段只是消除磷石膏中主要有害杂质的影响，而对磷石膏的颗粒分布、形态等不产生影响，而通过球磨处理是改善磷石膏颗粒结构的有效手段，可使磷石膏均匀、规整的板状结构呈现出柱状、粒状等多样化的颗粒形态，同时可增加胶结材料，使其需水量大幅度降低，增加了流动性，使硬化体间隙率高和结构疏松的缺陷得以根本解决。通过大量实验表明，球磨与中和、煅烧等复合预处理结合，才能制备出优等的建筑石膏。6、陈化，由于煅烧所得的建筑石膏粉中含有一定量的无水石膏相，造成建筑石膏用水量打，凝结时间长，硬化强度较低等不良后果，为改善建筑石膏的性能，必须经过一段时间的陈化。随着陈化时间的延长，标准稠度用水量降低，抗压、抗折强度提高，具体陈化时间可由实验数据得出。 本发明制备的建筑石膏，可广泛用于高性能轻质复合石膏墙体、砌块、轻质墙体砖、粉刷石膏、石膏腻子等建筑产品。 综上，本发明的有益效果是：
1、本发明对磷石膏可以去除磷、氟、有机物等杂质，使其挥发或转化为无害的惰性物质，如焦磷酸钙以及磷酸盐、铝酸盐类等。本发明可以有效地避免二次环境污染，大大减少了磷石膏中所含微量元
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素对人体和环境的危害。同时改变了磷石膏颗粒呈正态分布，颗粒分布高度重集中、胶结材流动性差、需水量高、结构疏松、强度低等缺点。
2、本发明对脱硫石膏可生成具有凝胶性能的C-S-H(水化硅酸钙凝胶)，另一方面水化生成Ca(OH)2，可改变石膏的溶解度与溶解速度，使脱硫石膏具有气硬性与水硬性双重性质的胶凝材料，使其强度有较大提高。 具体实施方式
本发明的磷石膏、脱硫石膏制备高强度建筑石膏的工艺方法，包括下述步骤：
(1)原料按质量百分比计组成为：复合固化剂0.5～2％，复合碱性激发剂1.5～4份％，余量为磷石膏或脱硫石膏，复合固化剂为钾、镁、铝、硅、硫等金属盐类，复合碱性激发剂为氢氧化钙、硅铝碱性废弃物等；
(2)将步骤(1)所述原料混合均匀后的原料进入煅烧炉在150～200℃的范围内恒温煅烧2h；
(3)将步骤(2)煅烧后的原料自然冷却，冷却后经球磨磨细处理；
(4)将步骤(3)磨细后的原料陈化3～4天即得。
本实施例制备方法中各原料质量百分比组成可参见下表： 配比实施例12
磷石膏9794
脱硫石膏00
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复合固化剂12
复合碱性激发剂24
200910059917.8说 明 书 第7/7页
3456789
96.19595.90000
000989698.296.4
1.51.21.90.510.60.8
2.43.82.21.531.22.8
上表中的各实施例配比经过本发明工艺方法制备的建筑石膏，经过试验检测，相关检测结果如下表所示：
检测指标抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)初凝时间(min)终凝时间(min)
技术要求≥2.9≥1.8≥6≤30
检测结果6.04.21522
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