[发明专利]一种半水及原状磷石膏基复合胶凝材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种半水及原状磷石膏基复合胶凝材料及制备方法。包括主原料和外加剂；所述的主原料包括原状磷石膏和半水磷石膏；所述的外加剂包括减水剂和缓凝剂。本发明具有磷石膏利用率高、材料性能表现优异，及工艺简单、成本低的特点。

技术领域

本发明涉及磷石膏资源化利用中原状磷石膏的大掺量利用技术领域，特别是一种半水及原状磷石膏基复合胶凝材料及制备方法。

背景技术

磷石膏(phosphogypsum)是磷肥与磷酸工业产生的副产品。数据显示，我国磷石膏的年均排放量达7000余万吨，目前堆存量超5亿吨，年产量和累积堆存量数量庞大，给生态环境和磷化工企业可持续发展带来严重挑战，因此，其大规模资源化利用成为当下亟待解决的难题。

磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，本身不具有胶凝水化活性，且含有水溶性磷酸盐与氟化物、共晶磷、有机物等杂质，残留的磷酸导致其酸度较高，更进一步影响其复合胶凝材料胶凝水化性能，主要表现为凝结时间长、早期强度低、有机物杂质析出等问题，所以原状磷石膏的直接利用受到限制，往往需要对其进行预处理除杂，或者高温脱水形成半水磷石膏(CaSO₄·0.5H₂O)后使用，资源化利用成本高、能耗高、工艺复杂，难以大规模推广使用。

针对上述问题，原状磷石膏的直接固化利用成为专家学者们解决磷石膏大规模资源化利用的重要突破口，近年来该领域研究成果丰硕。其中主要利用水泥、矿渣粉、粉煤灰等胶凝材料对原状磷石膏实施固化形成复合胶凝材料、通过球磨预处理改善磷石膏颗粒结构、化学预处理中和磷石膏酸性杂质、挤压成型或者蒸压养护等方式，各种方法制备的磷石膏基复合胶凝材料物理力学性能优良，但大部分研究方案仍然存在磷石膏利用率偏低，制备工艺复杂，能耗高等缺陷，难以满足磷石膏大规模、高附加值资源化利用的目标。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种半水及原状磷石膏基复合胶凝材料及制备方法。本发明具有磷石膏利用率高、材料性能表现优异，及工艺简单、成本低的特点。

本发明的技术方案：一种半水及原状磷石膏基复合胶凝材料，包括主原料和外加剂；所述的主原料包括原状磷石膏和半水磷石膏，所述的外加剂包括减水剂和缓凝剂。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的原状磷石膏和半水磷石膏质量比为50～90∶10～50。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的原状磷石膏为原始的磷化工排放的固废，或经过经简单处理的磷化工排放的固废；所述的简单处理包括自然风干、粉碎、过0.16～0.315mm方孔筛三个处理步骤。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的原状磷石膏的含水率为8.9％。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的半水磷石膏由所述原状磷石膏在120～160℃脱水60～180min制得。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的主原料还包括生石灰，生石灰质量为原状磷石膏和半水磷石膏总质量的2～10％。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的主原料还包括水泥，水泥质量为原状磷石膏和半水磷石膏总质量的6～18％。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的主原料还包括硅灰，硅灰质量为原状磷石膏和半水磷石膏总质量的1～9％。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的减水剂为固含量30％的聚羧酸减水剂，缓凝剂为粉体石膏缓凝剂。

前述的半水及原状磷石膏基复合胶凝材料中，所述的减水剂掺量为主原料干物料总质量的1％，缓凝剂掺量为半水磷石膏质量的0.8％。