改质磷石膏作水泥缓凝剂的试验
水泥 2007-06-28
1 试验材料
试验用熟料及粉煤灰化学成分见表1，天然二水石膏、磷石膏化学成分见表2。
| 材料名称 | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | Loss | 全水分 | SO3 | Σ | fCaO | KH | KH－ | n | P | C3S | C2S | C3A | C4AF |
| 干法回转窑熟料 | 21.90 | 3.28 | 5.12 | 65.18 | 1.67 | 0.92 | － | － | 98.00 | 0.96 | 0.906 | 0.891 | 2.61 | 1.56 | 55.96 | 20.55 | 8.00 | 9.97 |
| 机立窑熟料 | 20.92 | 4.53 | 5.53 | 64.68 | 1.17 | 1.32 | － | － | 98.15 | 2.36 | 0.921 | 0.881 | 2.08 | 1.22 | 51.13 | 21.43 | 6.97 | 13.77 |
| 电厂干排粉煤灰 | 53.48 | 4.82 | 29.63 | 4.20 | 1.50 | 3.64 | 0.80 | 0.56 | 97.26 | － | － | － | － | － | － | － | － | － |
| 材料名称 | 附着水 | 结晶水 | SO3 | 水溶性P2O5 | 水溶性F－ | NH4＋ | pH | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | Σ |
| 邳州远大石膏矿天然二水石膏 | 1.68 | 16.48 | 37.21 | － | － | － | 6.5 | 12.10 | 0.56 | 1.24 | 27.56 | 0.67 | 97.50 |
| 盐城磷肥厂原状磷石膏 | 12.05 | 16.55 | 37.16 | 0.58 | 0.35 | 0.10 | 0.5 | 4.18 | 0.21 | 0.24 | 27.69 | 0.25 | 99.36 |
| 改质磷石膏 | 3.85 | 16.12 | 36.24 | 0.018 | 微量 | 微量 | 10 | 5.74 | 0.61 | 0.89 | 33.52 | 0.48 | 97.47 |
原状磷石膏中含有少量的水溶性P2O5、F-、及酸性有机物等杂质，其pH值一般在0.5～2.0之间，附着水在15.0%～20.0%。直接作水泥缓凝剂可显著地延缓水泥的凝结，使水泥早期强度下降。
2 原状磷石膏与天然二水石膏作缓凝剂水泥性能对比
原状磷石膏与天然二水石膏作缓凝剂时水泥性能对比试验结果见表3。从表3可看出，掺原状磷石膏的水泥凝结时间显著延长，1d、3d抗压强度显著下降，故无法在水泥生产中应用。
| 序号 | 水泥配比/% | 筛余 /% | 比表面积 /(m2/kg) | 稠度/% | SO3 /% | Loss /% | 熟料MgO /% | 安定性 | 凝结时间 /(h:min) | 抗折强度/MPa | 抗压强度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 磷石膏 | 初凝 | 终凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 338 | 24.5 | 2.43 | 1.10 | 1.39 | 合格 | 1:58 | 3:10 | 3.8 | 6.0 | 7.2 | 8.6 | 16.0 | 40.0 | 51.0 | 63.0 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 338 | 25.5 | 2.12 | 1.50 | 1.39 | 合格 | 2:10 | 3:20 | 3.4 | 5.5 | 6.6 | 8.1 | 14.0 | 35.0 | 46.0 | 59.0 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 335 | 26.5 | 2.08 | 1.70 | 1.39 | 合格 | 2:35 | 4:20 | 2.8 | 5.3 | 6.4 | 8.0 | 12.9 | 31.8 | 42.9 | 54.8 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.1 | 338 | 28.0 | 2.08 | 1.90 | 1.39 | 合格 | 2:55 | 4:50 | 2.5 | 5.0 | 6.1 | 7.5 | 11.8 | 27.8 | 38.9 | 51.2 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 340 | 24.5 | 2.58 | 1.10 | 1.39 | 合格 | 3:45 | 6:28 | 2.8 | 5.2 | 7.0 | 8.5 | 12.9 | 37.0 | 48.0 | 63.2 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 342 | 25.5 | 2.21 | 1.50 | 1.39 | 合格 | 4:40 | 7:10 | 2.4 | 4.7 | 6.5 | 8.1 | 9.5 | 30.0 | 44.0 | 59.0 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 334 | 26.5 | 2.18 | 1.74 | 1.39 | 合格 | 6:30 | 9:20 | 1.8 | 4.5 | 6.2 | 8.1 | 9.0 | 27.8 | 40.7 | 54.9 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.2 | 337 | 28.0 | 2.19 | 1.95 | 1.39 | 合格 | |||||||||||
3 改质磷石膏作缓凝剂的试验
我们采用A、B两种无机非金属材料同时作激发剂，A为气硬性胶凝材料，B为水硬性胶凝材料。即将少量的A与B和磷石膏混合，充分搅拌使其进行化学反应，使磷石膏中P2O5、F-、生成难溶于水的钙盐，中和生成NH3挥发掉，P2O5、F-、化合量达98%以上。并利用A、B特有的胶凝作用使部分水溶性物质提前发生“水化效应”，从而解决了磷石膏妨碍水泥早期水化的难题。使用改质磷石膏及天然二水石膏作缓凝剂时水泥性能对比试验结果见表4、表5。
(采用同一种回转窑熟料)
| 序号 | 水泥配比/% | 筛余 /% | 比表面积 /(m2/kg) | 稠度/% | SO3 /% | Loss /% | MgO /% | 安定性 | 凝结时间 /(h:min) | 抗折强度/MPa | 抗压强度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 改质磷石膏 | 初凝 | 终凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.3 | 335 | 24.5 | 2.42 | 0.90 | 1.60 | 合格 | 1:20 | 2:30 | 4.5 | 7.0 | 8.0 | 9.2 | 17.0 | 41.0 | 52.5 | 66.4 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.2 | 338 | 25.0 | 2.20 | 1.00 | 1.60 | 合格 | 2:00 | 3:00 | 4.0 | 6.4 | 7.5 | 8.6 | 15.7 | 35.5 | 47.7 | 61.5 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 26.0 | 2.12 | 1.20 | 1.60 | 合格 | 2:20 | 3:30 | 3.4 | 5.5 | 6.6 | 8.1 | 13.8 | 33.4 | 44.1 | 56.7 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.2 | 340 | 27.5 | 2.17 | 1.50 | 1.60 | 合格 | 2:45 | 4:00 | 2.9 | 5.3 | 6.4 | 7.9 | 12.5 | 29.8 | 40.8 | 53.2 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.2 | 338 | 24.5 | 2.43 | 0.90 | 1.60 | 合格 | 1:50 | 2:58 | 4.6 | 7.0 | 8.0 | 9.2 | 17.5 | 41.8 | 53.0 | 67.2 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 25.0 | 2.20 | 1.22 | 1.60 | 合格 | 2:20 | 3:20 | 4.2 | 6.5 | 7.6 | 8.7 | 16.2 | 36.4 | 48.5 | 62.3 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.1 | 340 | 26.0 | 2.13 | 1.50 | 1.60 | 合格 | 2:41 | 3:55 | 3.5 | 5.6 | 6.7 | 8.2 | 14.9 | 34.8 | 45.7 | 58.1 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.3 | 340 | 27.5 | 2.18 | 1.68 | 1.60 | 合格 | 3:05 | 4:25 | 3.0 | 5.4 | 6.5 | 8.0 | 13.6 | 31.8 | 42.9 | 55.3 | |
| 序号 | 水泥配比/% | 筛余/% | 比表面积 /(m2/kg) | 稠度 /% | SO3 /% | Loss /% | MgO /% | 安定性 | 凝结时间 /(h:min) | 抗折强度/MPa | 抗压强度/MPa | ||||||||||
| 熟料 | 粉煤灰 | 天然石膏 | 改质磷石膏 | 初凝 | 终凝 | 1d | 3d | 7d | 28d | 1d | 3d | 7d | 28d | ||||||||
| 1 | 95.0 | 5.0 | 3.0 | 345 | 25.0 | 2.54 | 1.50 | 1.17 | 合格 | 1:50 | 2:58 | 3.5 | 5.6 | 7.0 | 8.3 | 14.0 | 36.2 | 48.0 | 58.7 | ||
| 2 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 25.5 | 2.30 | 1.85 | 1.17 | 合格 | 2:30 | 3:35 | 3.0 | 5.4 | 6.4 | 7.7 | 13.1 | 32.8 | 44.0 | 56.6 | |
| 3 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 26.5 | 2.26 | 2.00 | 1.17 | 合格 | 2:58 | 4:15 | 2.7 | 5.3 | 6.4 | 7.6 | 12.9 | 28.4 | 40.2 | 52.7 | |
| 4 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 28.0 | 2.20 | 2.50 | 1.17 | 合格 | 3:15 | 4:35 | 2.5 | 5.0 | 6.1 | 7.2 | 10.8 | 25.8 | 33.5 | 46.0 | |
| 5 | 95.0 | 5.0 | 3.1 | 350 | 25.0 | 2.57 | 1.80 | 1.17 | 合格 | 1:58 | 3:05 | 3.6 | 5.7 | 7.1 | 8.3 | 14.2 | 36.3 | 48.2 | 58.9 | ||
| 6 | 86.0 | 10.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 25.5 | 2.30 | 2.20 | 1.17 | 合格 | 2:45 | 3:55 | 3.2 | 5.4 | 6.4 | 7.7 | 13.4 | 34.0 | 45.1 | 57.7 | |
| 7 | 76.0 | 20.0 | 4.0 | 3.0 | 350 | 26.5 | 2.26 | 2.40 | 1.17 | 合格 | 3:15 | 4:35 | 3.0 | 5.3 | 6.4 | 7.7 | 12.6 | 30.4 | 41.5 | 53.8 | |
| 8 | 66.0 | 30.0 | 4.0 | 3.0 | 345 | 28.0 | 2.23 | 2.70 | 1.17 | 合格 | 3:50 | 4:58 | 2.8 | 5.2 | 6.2 | 7.3 | 11.2 | 27.4 | 35.1 | 48.2 | |
从表4、表5可见，掺改质磷石膏的水泥凝结时间及1d、3d、28d强度接近或好于掺天然二水石膏的水泥。混凝土性能经试验对比没有明显变化，28d抗压强度有所提高。
4 改质磷石膏工艺流程及技术要求
4.1 工艺流程
将原状磷石膏计量按配方要求均匀加入A、B两种无机非金属材料，用皮带输送机送入强制式搅拌机中搅拌5～8min，水分控制在15%左右，一般无须加水而直接利用磷石膏附着水。搅拌后的混合物送入堆棚进行自然水化反应24h后，将其运至晒场晒干(附着水小于5%)，入库堆存5～7d继续进行水化反应使其具有“水化效应”。或将水化反应24h后的混合物挤压成人工矿石，堆存5～7d后破碎入库，人工矿石抗压强度一般控制在3MPa左右。
4.2 改质磷石膏技术要求
1)水溶性P2O5<0.02%；
2)改质磷石膏水料比为1∶1时pH≥9；
3)SO3≥35.0%；
4)附着水≤5.0%；
5)放射性物质含量符合建材产品标准。
5 改质磷石膏成本
改质磷石膏成本分析见表6，改质磷石膏成本约为75元/t。
| 磷石膏到厂价 | A、B两种非金属材料价 | 工人工资(包括入库) | 电费 | 管理费、设备折旧费 | 合计 |
|---|---|---|---|---|---|
| 30.00 | 25.00 | 15.00 | 2.00 | 3.00 | 75.00 |
6 运输处理过程中的环保问题
1)改质磷石膏处理车间最好建在磷肥厂内，使其形成产品后再销售。
2)原状磷石膏在运输过程中一般采用船或汽车装运到水泥厂处理车间或仓库，直接进行中和堆存固化处理，基本全在室内进行。处理后的磷石膏水溶性物质98%以上转为不溶性物质，呈小颗粒状，故晾晒时不会形成二次污染。目前已与当地磷肥厂进行联合开发。
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