[发明专利]一种磷石膏复合材料

说明书

1.技术领域：

本发明是一种磷石膏复合材料，属于建筑、材料领域。

2.背景技术：

2.1磷石膏是工业生产磷酸、磷肥过程中产生的废料，属危险固体废弃物。全球每年排放约2亿吨。中国每年排放超过2千万吨，已堆放的约有1亿多吨。全球磷石膏的排放量已经超过天然石膏的开采量，中国的磷石膏排放量已经达到天然石膏开采量的3倍。

磷石膏可以废物利用，但利用磷石膏是个工业难题，现在对磷石膏的利用主要有几种技术：

1.生产硫酸联产水泥

2.作为水泥缓凝剂

3.生产建筑用石膏粉

4.作为低效肥料

但以上技术，通常工艺复杂，成本高。国外有的国家因石膏资源匮乏，有的出于环保考虑不得不为之，在中国很难实现。

将磷石膏代替天然石膏作为石膏建筑材料使用，因磷石膏中含有磷化物、氟化物、硅化物、硫化物等杂质，会延缓建筑石膏的固化时间，降低建筑石膏的最终强度。所以德、英、法、日等发达国家将磷石膏生产为建筑用石膏时，通常都采用水萃取、水力分级和石灰中和等措施去除杂质。石灰中和往往需要制浆脱水等工艺。水萃取工艺比较简单，是最普遍使用的方法，但得到1吨建筑用石膏，就要消耗6吨水，又带来了含磷、氟的污水处理的问题，中国水资源匮乏，这种工艺在中国难以实现。

在发展循环经济和实行墙体改革的政策带动下，中国很多地方用磷石膏开发墙体材料。其技术是：不去除杂质，直接将磷石膏煅烧成β-半水石膏粉。然后浇注成空心砌块或条板；或代替天然石膏，作为纸面石膏板的原料。这种简单处理，其生产出来的建筑材料是达不到石膏建材国家标准的。

本发明使用的磷石膏可以是工厂排放的磷石膏(2水石膏)，也可以是煅烧为β-半水石膏和α-半水石膏。

2.2脲醛树脂是一种高分子聚合物，由于原料丰富，价格低廉，对木材纤维有粘附力，具有较好的内聚强度，所以主要用于做人造板(胶合板、细木工板、刨花板。MDF等)的胶粘剂，可以制造模塑粉、电路板、电器零件、餐具、洁具和日用品等，还用于纸张处理、纤维处理、涂料、迟效化肥等方面。也有作为石膏增强剂的报道，但增强对象为天然石膏，而且要添加脲醛树脂通常使用的固化剂。据申请人大量实验得出的结果：天然石膏+脲醛树脂+固化剂，凝固缓慢，初强度低，形成的石膏复合材料耐水性差，尤其不耐沸水。

脲醛树脂有两个主要缺点：耐侯性、耐水性差和会释放甲醛，往往需要改性才能达到使用要求。本发明使用的是脲醛树脂胶液，包括改性脲醛树脂胶液。

2.3磷石膏确切的说是磷矿石与硫酸反应，提取磷酸后的剩余物质。磷石膏中组分较为复杂：除占90％左右的硫酸钙外，还含有10％左右的杂质，包括磷酸及磷化物、硫酸及硫化物、氢氟酸和氟化物、硅化物和膨润土、MgO、稀土及未反应完的矿石粉、有机物生成的微小炭颗粒等。磷化物中包括AlPO₄。硫化物中包括Al₂(SO₄)和亚硫酸(氢)钠等。经申请人研究发现，这些物质都是会对脲醛树脂产生改性作用的物质。如AlPO₄，Al₂(SO₄)是脲醛树脂的交联剂，与脲醛树脂混合可以提高脲醛树脂的交联度，从而提高其强度。HF等氟化物可以和脲醛树脂化合，从而提高脲醛树脂的热稳定性、化学稳定性、耐磨度、抗紫外线和耐候性。膨润土、MgO、炭颗粒可以改进脲醛树脂的耐水性和耐老化性。膨润土、硫酸盐、稀土可以捕捉脲醛树脂中的游离甲醛，磷酸盐还可以提高材料的防火性能。

工厂排放的磷石膏PH 1.5-2.5左右，呈酸性，与脲醛树脂混合后可以使脲醛树脂快速固化。

申请人研究发现，脲醛树脂中含有活性基酰胺(-CONH₂)，能与CaSO₄.2H₂O形成氢键，产生很强的吸附作用，从而有效的提高和保证了脲醛树脂对磷石膏的胶合强度。