[发明专利]用胶凝材料改质原状磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂

说明书

本发明属无机化工领域涉及工业废渣：原状磷石膏改质代替天然二水石膏用于水泥生产作缓凝剂。

一、该技术发明目的

目前我国采用料浆法生产磷酸铵的化肥企业年排放的工业废渣磷石膏达300万吨左右。据国家磷协会统计堆存的磷石膏达4000万吨左右，且有逐年上升的趋势。因磷石膏未能有效的开发利用，造成了大量农田被占用，并严重污染当地的生态环境(磷石膏中含有少量的水可溶性P₂O₅、F^-、及酸性有机物会经雨水的洗涤渗入地下)。本发明针对上述情况采用了二种不同性质的无机胶凝材料即气硬性胶凝材料：石灰乳和水硬性胶凝材料：通用水泥对磷石膏进行改质。改质后的磷石膏混合物或人工矿石，可完全代替天然二水石膏用于水泥生产作缓凝剂其技术标准符合GB5483的要求。我国是一个水泥生产大国，年水泥产量占世界第一，达6亿吨。约需天然石膏作缓凝剂在3000万吨左右。故合理开发利用磷石膏来代替部分天然二水石膏，既可节约大量的天然二水石膏资源和水泥制造成本，又可综合利用工业废渣。从而解决了堆存磷石膏造成的生态环境污染问题。

二、原状磷石膏的物化特性试验

经试验原状磷石膏主要矿物组成为CaSO₄·2H₂O。CaSO₄·2H₂O含量相当于GB5483标准中的二级品。原状磷石膏中含有少量的水可溶性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％，直接用于水泥生产代替天然二水石膏材料可显著地延缓水泥的凝结，并对水泥的水化发生不利影响，使水泥早期强度下降，凝结时间与天然二水石膏相比偏长3小时以上。主要原因经系统分析与对比试验证明：造成凝结时间过长，早期强度下降，是由水可溶性P₂O₅、F^-、及酸性有机物造成，上述有害物质的存在，可延缓水泥的早期水化速度。水泥净浆试体一天结合水只有掺天然二水石膏的60％左右。水泥的三天耐压度强度只有掺天然二水石膏的75％左右，特别是一天耐压度强度影响最大，只有掺天然二水石膏的65％左右，故无法控制水泥出厂。从而导致磷石膏一直未能在水泥生产中的应用(见实例试验表1、表2、表3)。

三、采用通用水泥及石灰乳两种无机胶凝材料改质原状磷石膏用于水泥生产作缓凝剂的技术方案及机理。

针对磷石膏的物化特性试验结果，本发明采用了工艺简单、操作方便、改质成本低的通用水泥及石灰乳两种不同性质的无机胶凝材料，同时作激发剂。即将少量的通用水泥和石灰乳与磷石膏充分搅拌使其进行化学反应达到中和、固化、激发磷石膏中水可溶性质杂质形成水不溶性钙盐的目的。并利用掺入的通用水泥和石灰乳两种无机胶凝材料特有的胶凝作用使部分水可溶性物质提前发生“水化效应”，从而解决了磷石膏妨碍水泥早期水化结合水含量下降的难题，使水泥早期强度得到一定程度的激发，使水泥凝结时间及一天强度、三天强度、二十八天强度同于或好于掺天然石膏的水泥凝结时间及强度。本发明分别采用了旋窑熟料、机窑熟料、旋窑与机窑按1∶1搭配的混合熟料进行了不同的水泥品种，不同的混合材掺入量的对比实例试验。水泥对比试验结果表明完全符合GB175-92，GB1344-92，GB5483标准的技术要求(见表4、表5、表6)。

四、改质磷石膏的配方和工艺流程及改质后的磷石膏技术条件

1、采用通用水泥和石灰乳两种无机胶凝材料改质原状磷石膏的基本配合比如下：

原状磷石膏85.0％  通用水泥10.0％  石灰乳5.0％  合计100.0％

2、改质磷石膏的生产工艺流程：

将原状磷石膏计量按配方要求均匀加入通用水泥和石灰乳两种无机胶凝材料，用皮带输送机送入强制式搅拌机中搅拌5-8分钟(可采用连续式或间歇式)。水份控制在15％左右一般无须加水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24小时后用铲车或人工手推车将反应后的混合物运至晒场，晒干(附着水小于5％)入库堆存5-7天继续进行水化反应使其具有“水化效应”。即可直接用于水泥生产，或将水化反应24小时后的混合物挤压成人工矿石，堆存5-7天后破碎入库用于水泥生产。人工矿石耐压强度一般控制在3MPa左右。

3、改质后的磷石膏技术条件：

3.1.水可溶性P2O5＜0.02％

3.2.改质磷石膏水料比为1∶1时PH值≥9