[发明专利]一种快硬早强磷渣基胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，属于一种具有快硬、早强特点的无机胶凝材料，具体涉及一种快硬早强磷渣基胶凝材料及其制备方法。

背景技术

由于在生产过程中资源能源消耗大、环境污染严重，以及某些性能上的缺陷，硅酸盐水泥面临着可持续发展的挑战。碱胶凝材料是前苏联学者自1957年以来研究开发的有别于硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的胶凝材料，它不仅原料来源丰富，更可以利用众多的工业废渣，节约能源，减少环境污染，而且具有许多优于硅酸盐水泥的性能，因而被视为一种有良好发展前景的节能环保型建筑材料。

碱胶凝材料的品种包括：碱-硅酸盐水泥和碱-无硅酸盐水泥两大类，后一类可扩展至各种铝硅酸盐天然矿物、岩石和工业废渣，如高炉矿渣(包括酸性矿渣)、煤渣、粉煤灰、霞石浆、铜渣、火山灰和烧粘土等，极大地拓展了制造水泥的资源。自上世纪后期以来，众多文献资料报道了使用铝硅酸盐材料制备碱胶凝材料的研究与应用。其中，应用较多的当属烧粘土(偏高岭土)和矿渣。虽然矿渣是目前公认的效果最佳的两种活性矿物质材料之一，但是目前其利用率很高，资源匮乏，价格较贵，已不能满足混凝土工程的需求。

电炉磷渣是电热法生产黄磷时产生的工业废渣。通常每生产1t黄磷约排放8～10t磷渣。有资料表明，2012年我国磷渣的年排放量高达约9000万t，而且排放量呈逐年增长趋势。这些磷渣利用率较低，累计存量极大。大量磷渣聚集在堆场，不仅占用土地、浪费资源，增加企业成本，而且磷渣中可溶性氟、磷等成分渗入地下还会造成环境污染，对生态、水资源等产生不利影响。因此，积极开展磷渣应用的相关研究，大力拓展磷渣高效率利用的领域和范畴，是黄磷生产企业及其所在地区经济社会健康发展的迫切要求。

受黄磷生产工艺的影响，我国各地磷渣的化学成分相似，主要为SiO₂、CaO、Al₂O₃等，其中，SiO₂、CaO总量大多在85％以上，SiO₂/CaO比(硅钙比)为0.8～1.4。熔融磷渣采用水淬冷却时，会形成粒化电炉磷渣，其玻璃体含量达90％以上，有潜在的胶凝性，具备用于制备碱胶凝材料的条件。然而，研究资料表明，目前碱胶凝材料仍存在以下不足：一是其硬化体收缩率大，这是由于其水化产物中凝胶产物的含量高于硅酸盐水泥水化产物中凝胶产物的含量；二是碱胶凝材料的早期强度，尤其是抗折强度较低，不利于实现快硬早强；三是碱胶凝材料中，通常将磷渣与矿渣或硅酸盐水泥熟料(或水泥)配伍，而且矿渣或熟料用量高而磷渣用量低，致使其成本仍较高，不利于大量推广与应用。此外，对于近年来排放量迅猛增长的石墨尾矿等废渣，则尚未见有将其用于碱胶凝材料的公开报道。

本发明以电炉磷渣为主要原料，辅以石墨尾矿等废渣以及其他原料，开发出具有快硬、早强特点的磷渣基胶凝材料，对于充分利用来源丰富的磷渣和石墨尾矿资源、推动碱磷渣基胶凝材料的研究及推广应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快硬早强磷渣基胶凝材料及其制备方法。

在磷渣粉胶凝性能研究的基础上，通过材料的复合技术，用粒化电炉磷渣、水泥熟料、石墨尾矿、磷石膏、硫酸铝和碱性成分，制备了快硬早强磷渣基胶凝材料。本发明得到的磷渣基胶凝材料凝结硬化较快，其3d抗压强度≥22.0MPa、3d抗折强度≥4.0MPa，28d抗压强度≥42.5MPa、28d抗折强度≥6.5MPa，其凝结时间、安定性及力学性能符合GB175-2007对P.O42.5R普通硅酸盐水泥的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种快硬早强磷渣基胶凝材料，由粒化电炉磷渣、石墨尾矿、水泥熟料、磷石膏、硫酸铝和碱性成分组成。各组分的质量配比为：粒化电炉磷渣50～75份，石墨尾矿10～20份，水泥熟料9～15份，磷石膏6～15份。

进一步优选为粒化电炉磷渣60份，石墨尾矿15份，水泥熟料15份，磷石膏10份。

按照粒化电炉磷渣、石墨尾矿、水泥熟料和磷石膏四种组分的总量为100份计，硫酸铝2～8份，碱性成分3～8份(以Na₂O计)。

进一步优选为按照粒化电炉磷渣、石墨尾矿、水泥熟料和磷石膏四种组分的总量为100份计，硫酸铝6份，碱性成分6份(以Na₂O计)。