堿性材料對(duì)磷石膏的改性研究

宋子鍵　吳主建　李英丁

摘 要：磷石膏是磷酸或磷肥工業(yè)以及某些合成洗滌劑產(chǎn)業(yè)排放的工業(yè)廢渣。長(zhǎng)期堆放的話，由于磷石膏含有磷、氟及游離酸等物質(zhì)而具有腐蝕性，長(zhǎng)期堆存會(huì)污染渣場(chǎng)的土壤表層，進(jìn)而破壞植被及生態(tài)環(huán)境。由于其內(nèi)部的雜質(zhì)成分復(fù)雜，性質(zhì)不穩(wěn)定，所以世界上還沒有找到一種較為有效的合理利用或處置磷石膏的方法，本試驗(yàn)采用水泥、灰鈣等堿性材料對(duì)磷石膏進(jìn)行的改性，在石膏抗壓強(qiáng)度沒有受到影響的情況下，有效的調(diào)控了凝結(jié)時(shí)間，使其達(dá)到施工要求。

關(guān)鍵詞：磷石膏；堿性材料；凝結(jié)時(shí)間

目前，我國(guó)磷肥產(chǎn)量占到世界產(chǎn)量的40%。磷肥工業(yè)的迅速發(fā)展，使我國(guó)農(nóng)業(yè)打破了磷肥供應(yīng)不足、受制于人的不利局勢(shì)。不過，廠區(qū)里堆積如山的副產(chǎn)物磷石膏卻已成為一個(gè)不容忽視的隱患，困擾著產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。大量堆棄的磷石膏，無疑存在著極大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期堆放的話，由于磷石膏含有磷、氟及游離酸等物質(zhì)而具有腐蝕性，長(zhǎng)期堆存會(huì)污染渣場(chǎng)的土壤表層，進(jìn)而破壞植被及生態(tài)環(huán)境，許多磷肥廠家為此負(fù)擔(dān)沉重。目前對(duì)磷石膏的應(yīng)用方向主要是一些建筑砌塊、筑路基以及對(duì)鹽堿地的土壤改良等。經(jīng)過多年的努力，磷石膏的綜合利用達(dá)到了20%，但這依然不能解決問題。

隨著干粉砂漿的發(fā)展，越來越多的地方開始接受干粉砂漿這一新興建材，在諸多的砂漿品種當(dāng)中，石膏的應(yīng)用非常廣泛。那么，如果能把堆積如山的磷石膏加以利用的話，不光能為磷肥企業(yè)減輕負(fù)擔(dān)，消除環(huán)境隱患，還能創(chuàng)造巨大的財(cái)富，變廢為寶，其產(chǎn)生的綜合效益不可估量。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)磷石膏在干粉砂漿領(lǐng)域的應(yīng)用還未見諸報(bào)端，研究成果更是寥寥無幾。因此，該項(xiàng)研究在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，具有極大地創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值。磷石膏在砂漿中的應(yīng)用最主要是凝結(jié)時(shí)間不易控制，在很短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到初凝，完全沒有施工時(shí)間，文章通過加入堿性材料如水泥、灰鈣等物質(zhì)對(duì)磷石膏的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控，希望能滿足施工要求。

1 試驗(yàn)過程：

1.1 試驗(yàn)原材料

磷石膏：四川宏達(dá)建材性，性質(zhì)參數(shù)見表1。

建筑石膏：β型，甘孜州安遠(yuǎn)礦業(yè)有限責(zé)任公司，性質(zhì)參數(shù)見表2。

水泥：拉法基水泥P.042.5。

重鈣：325目，四川江油。

PE蛋白緩凝劑：廣東龍湖科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

將石膏式樣按下述步驟連續(xù)測(cè)定二次。先將稠度儀的筒體內(nèi)部及玻璃板擦凈，并保持濕潤(rùn)，垂直放置于玻璃板上。將估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的水倒人攪拌碗中，稱取石膏式樣300g在5s內(nèi)倒人水中。用拌合棒攪拌30s，得到均勻的石膏漿，然后邊攪拌邊迅速注入稠度儀簡(jiǎn)體內(nèi)，用刮刀刮去溢漿，使?jié){面與筒體上端面齊平。從石膏式樣與水接觸開始至50s時(shí)，開動(dòng)儀器提升按鈕。待筒體提去后，測(cè)定料漿擴(kuò)展成的試餅兩垂直方向上的直徑，計(jì)算其算術(shù)平均值。記錄料漿擴(kuò)展直徑等于（180±5）mm時(shí)的加水量，石膏加工設(shè)備計(jì)算該加水量與石膏式樣質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。取二次測(cè)定結(jié)果平均值作為該石膏式樣標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，精確至1%。

1.2.2 凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定

凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定，將石膏式樣按下述步驟連續(xù)測(cè)定二次。按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稱量水，并把水倒入攪拌碗中。稱取石膏式樣200g，在5s內(nèi)倒入水中。用拌合棒攪拌30s，得到均勻的料漿，倒人環(huán)模中。然后將玻璃底板抬高約10mm，上下震動(dòng)5次，用刮刀刮去溢漿，并使料漿與環(huán)模上端齊平。將裝滿料漿的環(huán)模連同玻璃底板放在儀器的鋼針下，使針尖與料漿的表面相接觸，且離開環(huán)模邊緣大于10mm。迅速放松桿上的固定螺絲，針即自由插入料漿中。每隔30s重復(fù)一次，每次都應(yīng)改變插點(diǎn)，并將針擦凈、儀器的鋼針下，石膏磨使針尖與料漿的表面相接觸，且離開環(huán)模邊緣大于10mm。迅速放松桿上的固定螺絲，針即自由插入料漿中。每隔30s重復(fù)一次，每次都應(yīng)改變插點(diǎn)，并將針擦凈、校直。

記錄從石膏式樣與水接觸開始，至鋼針第一次碰不到玻璃底板所經(jīng)歷的時(shí)間，即為石膏式樣的初凝時(shí)間。記錄從石膏式樣與水接觸開始，至鋼針第一次插入料漿的深度不大于1mm所經(jīng)歷的時(shí)間，即為石膏式樣的終凝時(shí)間。取二次測(cè)定結(jié)果的平均值，作為該石膏式樣的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，精確至1min。

1.2.3 試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)首先在按照《GBT17669.4-1999建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定》進(jìn)行建筑石膏和磷石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定，然后加入PE緩凝劑對(duì)兩者的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控，對(duì)比兩者的凝結(jié)時(shí)間，第二步在磷石膏中加入10%的水泥和灰鈣，測(cè)定其凝結(jié)時(shí)間的變化，第三步在磷石膏中按照20%的取代量摻入水泥和灰鈣，測(cè)定其凝結(jié)時(shí)間。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 灰鈣的摻入對(duì)磷石膏凝結(jié)時(shí)間的影響

由表3可知，建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間變化為，在摻入0.08‰的動(dòng)物蛋白緩凝劑PE前初凝時(shí)間為6min，終凝時(shí)間為15min。在摻入PE后初凝時(shí)間延長(zhǎng)，變?yōu)?6min，終凝時(shí)間變?yōu)?3min。可見動(dòng)物蛋白緩凝劑PE對(duì)建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間有很好的緩凝效果，使其凝結(jié)時(shí)間滿足施工要求。

由表4可知磷石膏21#的初凝時(shí)間為8min，終凝時(shí)間為14min。加入0.5‰的PE緩凝劑后，見樣品22#，初凝時(shí)間延長(zhǎng)為31min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)為39min對(duì)比12#樣品，可見，PE緩凝劑對(duì)12#樣品具有很好的緩凝效果，而對(duì)22#樣品的緩凝效果則非常的不理想，無法滿足施工要求，所以磷石膏不能直接使用，需要對(duì)其改性。見樣品23#和24#，灰鈣的摻入量分別為10%和20%，PE的摻入量依然為0.5‰，23#的初凝時(shí)間延長(zhǎng)為58min，終凝時(shí)間為67min；24#的初凝時(shí)間延長(zhǎng)為70min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)為78min。可見加入灰鈣后，PE緩凝劑的緩凝效果大大增加，在23#樣品中基本上已經(jīng)能滿足施工要求，24#的緩凝效果更佳優(yōu)異，完全達(dá)到施工要求。

摻入0.5‰的PE緩凝劑后，磷石膏的凝結(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)，但很短無法滿足施工要求，在摻入10%和20%的灰鈣后，磷石膏的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)的較為明顯，特別是24#樣品，凝結(jié)時(shí)間達(dá)到了施工要求?？梢娀意}對(duì)磷石膏的凝結(jié)時(shí)間的改善效果非常顯著，滿足施工規(guī)范要求。

2.2 水泥的摻入對(duì)磷石膏凝結(jié)時(shí)間的影響

由表5可知磷石膏中加入水泥，同樣可以很好地對(duì)磷石膏起到緩凝作用。33#和34#樣品，灰鈣的摻入量分別為10%和20%，PE的摻入量依然為0.5‰，33#的初凝時(shí)間延長(zhǎng)為68min，終凝時(shí)間為78min；34#的初凝時(shí)間延長(zhǎng)為72min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)為84min。可見加入水泥后，PE緩凝劑的緩凝效果大大增加，在33#和34#樣品中已經(jīng)完全能滿足完全達(dá)到施工要求。

小結(jié)：相比灰鈣而言，在同樣的摻量下，水泥對(duì)磷石膏的緩凝時(shí)間更長(zhǎng)，效果更好。不過灰鈣在工程中更為經(jīng)濟(jì)，推廣也更為容易。

3 結(jié)語

（1）磷石膏由于其凝結(jié)時(shí)間波動(dòng)很大，往往會(huì)造成速凝，無法直接應(yīng)用于工程之中，所以必須對(duì)其進(jìn)行改性，在本試驗(yàn)中往其中加入堿性材料，可顯著改善其凝結(jié)時(shí)間，使得磷石膏在工程中的應(yīng)用變?yōu)榭赡堋?/p>

（2）灰鈣作為一種堿性材料，在摻入量為10%和20%時(shí)都能顯著延長(zhǎng)磷石膏的凝結(jié)時(shí)間，滿足施工要求。

（3）水泥作為一種堿性材料，對(duì)磷石膏的凝結(jié)時(shí)間同樣能起到延長(zhǎng)的作用，在相同的摻量下，比灰鈣的緩凝作用更加優(yōu)異，但灰鈣具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

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