文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
预处理方式对磷石膏复合水泥耐水性的影响
姓名:任婷艳
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:杨家宽
2011-02-23
华中科技大学硕士学位论文
摘要
磷石膏是硫酸与磷矿石反应制磷肥过程中产生的副产物,是一种工业副产石膏资
源,可以用其制备建材,这是磷石膏资源化利用的主要途径之一。本文将经过不同预
处理的磷石膏与粉煤灰、生石灰、普通硅酸盐水泥、外加剂按一定比例混合制备磷石
膏复合水泥,研究预处理方式对磷石膏复合水泥耐水性的影响。主要的预处理方式有
四类:(1)将原始磷石膏在 45 ℃烘干后,在 110 ℃-700 ℃煅烧 2 h;(2)将原始磷石
膏在 120 ℃蒸养 15 h 后,在 250 ℃-800 ℃煅烧 2 h;(3)将原始磷石膏与石灰按一定
比例混合陈化 24 h 后在不同温度煅烧;(4)将原始磷石膏在蒸压釜中 120 ℃-180 ℃蒸
养 2 h-6 h。
分析预处理后磷石膏中的杂质含量、pH、矿物组成和晶体形貌。结果表明,磷石
膏经过预处理后,可溶性杂质的去除比较明显,特别当煅烧温度达到 700 ℃以上或者
蒸养温度达到 180 ℃以上时,基本去除了可溶性磷、氟的影响,总氟含量也大幅度降
低。同时磷石膏经过预处理后其晶型及晶体结构发生了变化。
按照胶砂比 1:3 制备磷石膏复合水泥胶砂试块,重点考察其软化系数、静水溶蚀
率和动水溶蚀率等耐水性能指标。结果表明,随着煅烧或蒸养温度的升高,磷石膏复
合水泥的强度增大。经过 45 ℃烘干后不同温度煅烧处理得到的磷石膏复合水泥,和
120 ℃蒸养 15 h 后不同温度煅烧得到的磷石膏复合水泥,在磷石膏掺量为 33%时,随
着煅烧温度的提高,软化系数降低,动水、静水溶蚀率降低,但当磷石膏的煅烧温度
达到 800 ℃时又略有增加。不同温度不同时间蒸养磷石膏制备的复合水泥在磷石膏掺
量为 52%时,软化系数保持在 - 之间。综合各种性能指标得到较理想的预处
理方式为:45 ℃烘干后 700 ℃煅烧 2 h、120 ℃蒸养 15 h 后 700 ℃煅烧 2 h、180 ℃蒸
养 4 h。同时对比研究了这三种较优预处理条件下,磷石膏掺量变化对复合水泥性能
的影响。结果显示,随着磷石膏掺量的增加,复合水泥抗折抗压强度先增后减,磷石
膏掺量在 80%或 90%时,强度达到了峰值。180 ℃蒸养 4 h 磷石膏复合水泥的凝结时
间最短,同一磷石膏掺量下的强度和软化系数都最高,所以 180 ℃蒸养 4 h 是最为理
想的预处理方式。磷石膏复合水泥经过动水、静水溶蚀后,强度损失率较高,动水溶
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蚀率随着磷石膏掺量的增加,逐渐增大,当磷石膏掺量为 100%时,动水溶蚀率达到
%。180 ℃蒸养 4 h 磷石膏掺量为 80%时复合水泥标准稠度用水量为 %,初
凝时间为 2 h:10 min,终凝时间为 3 h:20 min,自然养护至 7 d 时抗折抗压强度分别为
MPa 和 MPa,养护至 28 d 时抗折强度高于 MPa,抗压强度为 MPa,
软化系数为 ,动水溶蚀率 %,静水溶蚀率 %。
XRD 和 SEM 分析显示,预处理磷石膏中各种石膏相的水化,粉煤灰的二次水
化,普通硅酸盐水泥的水化,以及钙矾石的形成是复合水泥强度形成的原因,同时钙
矾石和 C-S-H 相互交联搭接形成骨架结构,将磷石膏和粉煤灰颗粒连接,使得硬化体
结构更为坚固;并且这些低溶解度的物质包裹在磷石膏和粉煤灰颗粒表面,阻止了他
们的溶解,一定程度上提高了硬化体的耐水性。
关键词:磷石膏;磷石膏复合水泥;预处理;耐水性;水化;相转变;固废资源化
II
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Abstract
Phosphogypsum (PG) is a by-product in the production of fertilizer from phosphate ore
with sulfuric acid. So the PG is an alternative gypsum resource and it can be used as a construction
material. In this paper, posite cement (PCC) is made from
phosphogypsum, fly ash, lime, Portland cement, and some other additive