NaOH對氟石膏水化活性的影響

王楠楠，石 萬，歐陽鋒，黃佼龍，王雅婷

武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院環(huán)境工程系，湖北武漢 430079

NaOH對氟石膏水化活性的影響

王楠楠，石 萬，歐陽鋒，黃佼龍，王雅婷

武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院環(huán)境工程系，湖北武漢 430079

本文用1.5%的生石灰對氟石膏改性后，摻加1%的NaOH，縮短了氟石膏的凝結(jié)時間，提高氟石膏膠砂強度，激發(fā)效果較好。

氟石膏；激發(fā)劑；NaOH；強度

0 引言

氟石膏是工業(yè)石膏廢渣中腐蝕性最強、對環(huán)境影響最為嚴重、利用難度最大的化學(xué)廢渣之一，初排出的氟石膏主要成分是無水硫酸鈣，難溶于水，水化速度極慢，不能直接作膠凝材料使用[1，2]。利用工業(yè)廢渣氟石膏開發(fā)新產(chǎn)品符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，已成為企業(yè)非常重要的課題[3]。為了將氟石膏研制成可用于制造石膏制品的膠凝材料，需要摻入激發(fā)劑改善其凝結(jié)時間長、強度低的缺點。在這個過程中應(yīng)主要注意下面幾個方面的問題：首先，要中和它里面的酸性成分；其次，氟石膏進行活性激發(fā)及改性后凝結(jié)時間和強度等變化。本文通過摻加適量的NaOH做激發(fā)劑，縮短氟石膏的凝結(jié)時間，增強其強度，初步探討了不同摻量NaOH對氟石膏凝結(jié)時間和膠砂強度的影響，初步探索了其改變氟石膏水化硬化機理。

1 實驗

1.1 原材料

平泉長城化工有限公司產(chǎn)，氟石膏過40目篩后得到較均勻的松散粉狀物料，呈淺灰白色。用XRD分析測得其中無水石膏占95%以上。

1.2 實驗方法

標準稠度、凝結(jié)時間測定按GB l346-2001進行， 膠砂強度按GB/T 17671-1999執(zhí)行。

對過篩后氟石膏均進行了預(yù)處理，以2:1水膏比浸出1h后測上清液PH，當(dāng)內(nèi)摻1.5%生石灰后氟石膏浸出液由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性，標準稠度用水量21.7%。以下實驗所用氟石膏都經(jīng)過預(yù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性氟石膏的水化凝結(jié)時間

圖1 NaOH摻量對氟石膏凝結(jié)時間的影響

從圖1可以看出，隨NaOH激發(fā)劑摻量增加，氟石膏凝結(jié)時間持續(xù)下降；當(dāng)摻量小于1.0%時，氟石膏的凝結(jié)時間急劇下降，空白氟石膏的初凝時間比較長，我們沒有測出準確的初凝與終凝時間，空白氟石膏的初凝時間超過24h，終凝時間超過48h，按照初凝時間1 440min計，終凝時間2 880min計，摻加0.5%、0.7%、1%氫氧化鈉后，氟石膏漿體的初凝時間分別下降了87.3%、89.7%和93.8% ，終凝時間分別下降了91.0%、92.2%和95.1%；當(dāng)NaOH的摻加量超過1.0%后，氟石膏的初凝時間和終凝時間縮短趨勢減緩[4]。

2.2 改性氟石膏的膠砂強度

露天堆放的氟石膏沒有活性，我們測定了氟石膏廢渣摻1.5%的生石灰預(yù)處理后的3d，7d抗壓與抗折強度，發(fā)現(xiàn)其硬化之后沒有什么強度。試驗中，我們選用了3種不同配比的NaOH對預(yù)處理氟石膏進行激發(fā)，所得膠砂強度試驗結(jié)果見圖2。

圖2 激發(fā)劑不同摻量下改性氟石膏膠砂強度

可以看出，氫氧化鈉激發(fā)劑能夠提高氟石膏試件的強度。但氫氧化鈉摻量在0.1%，試件仍然不能形成強度。NaOH摻量由0.1%、0.5%增至1%，氟石膏試件的3d抗壓強度逐漸增大，試件的七天抗壓強度則先減小而后又增大，1%摻量的激發(fā)效果最好，預(yù)處理氟石膏的三天抗壓強度由0增至6.63MPa。從熱力學(xué)的角度來分析：氟石膏的水化反應(yīng)是一個自發(fā)過程，但反應(yīng)的自由焓值很小，故反應(yīng)速度很慢。NaOH加入后與CaSO4·nH2O反應(yīng)生成鈉鹽Na2SO4，鈉鹽能夠影響氟石膏的硬化體強度，主要是因為其在氟石膏顆粒的表面生成不穩(wěn)定的復(fù)鹽，然后又分解為含水鹽類和二水石膏，正是這種分解反應(yīng)生成的二水石膏不斷結(jié)晶，才使?jié){體形成緊密交織的晶體結(jié)構(gòu)，引起凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強度[4]。此外，摻加NaOH激發(fā)劑的試件7d強度大于3d強度，說明隨著堿性激發(fā)劑NaOH與殘余酸的反應(yīng)，復(fù)鹽作用越來越明顯，膠凝材料的強度也逐漸增長，在水化硬化反應(yīng)進行過程中，試件形成機械強度并且逐漸增大。

3 結(jié)論

氟石膏的活性很低，水化十分緩慢，但是摻加NaOH后，NaOH與氟石膏作用生成鈉鹽，鈉鹽在氟石膏顆粒的表面生成二水石膏，二水石膏不斷結(jié)晶，改變了氟石膏的凝結(jié)時間與強度。3個摻量中，摻量為1%的NaOH作用效果最明顯。因此在氟石膏中摻1%的NaOH，可以極大的提高氟石膏的活性，縮短凝結(jié)時間，顯著提高以氟石膏為原料的膠結(jié)材的抗壓強度，為氟石膏開發(fā)建材的生產(chǎn)實踐奠定基礎(chǔ)。

[1]趙帥，田穎，李國忠.摻加激發(fā)劑對氟石膏砌塊強度的影 響研究[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2008(2)：49-50.

[2]袁潤章.膠凝材料學(xué)[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社， 1996，10.

[3]白木，子蔭.石膏建材:開辟石膏綜合利用新途徑[J].江西 能源，2 0 0 3(3)：9-1 1.

[4]趙帥，田穎，李國忠.摻加農(nóng)作物秸稈纖維和苯丙乳液對 氟石膏力學(xué)性能的影響[J].有機氟工業(yè)，2 0 0 8(2)：1 6-1 8.

TQ177

A

1674-6708（2010）28-0077-02

國家863計劃資助項目（2009AA064004）；武漢大學(xué)大學(xué)生科研基金資助項目（S2009146）

王楠楠，主要從事固體廢物資源化方面的研究

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