[发明专利]磷石膏水泥缓凝剂及其制备方法

说明书

本发明是一种磷石膏水泥缓凝剂及其制备方法。

磷石膏是磷酸厂、磷肥厂或某些合成洗涤厂排出的工业废渣，其主要成份为二水石膏(CaSO₄·2H₂O)，另外还有一些可溶性与不可溶性杂质。我国磷石膏的年排放量约为1000万吨。利用率不足25％，大量磷石膏的露天堆放，不仅占用大量土地，而且污染环境。因此开发利用磷石膏资源意义重大。

我国现年产5亿吨水泥，每年要用约2000万吨天然石膏作水泥缓凝剂，如能开发低价、优质磷石膏缓凝剂产品替代天然石膏有着巨大的经济效益和社会效益。日本是个资源贫乏的国家，日本的磷石膏75％被用作水泥缓凝剂，其缓凝剂产品生产工艺较复杂，建厂投资大，生产出的磷石膏缓凝剂成本较高。如将该生产方法移到我国，其产品在价格上将很难与我国市场上的天然石膏竞争。我国的一些小型水泥生产企业近年来将磷石膏不作处理直接替代天然石膏作水泥缓凝剂，为企业带来了一定经济效益，但这样直接替代的作法仍存在以下障碍：(1)含有20-30％水的磷石膏粉用水泥厂现有的烘干机难以烘干，易造成二次污染；(2)粉末状的磷石膏无法适应现有的水泥厂储存库与配料装置；(3)磷石膏中的酸性物质以及其它杂质会使水泥凝结时间不正常。

本发明针对上述磷石膏在作水泥缓凝剂时存在烘干难、粉末使用难、调凝不稳定等缺点，通过在磷石膏中加入粉煤灰、钙质材料及微量活化剂，使配合好的原料经搅拌、成型、养护等工艺，制得一种以二水石膏与活化粉煤灰为主的新型磷石膏水泥缓凝剂。

新型磷石膏水泥缓凝剂组成设计原理如下：

(1)原材料中设计加入的钙质材料(如CaO、Ca(OH)₂、电石渣等)可以在养护工艺中与磷石膏中的酸性物质(如H₃PO₄、P₂O₅等)进行反应，生成相应的不可溶磷酸钙等。通过上述过程，可以消除不利于水泥水化的因素，制出的缓凝剂产品可以对水泥进行稳定调凝。

(2)在原材料中设计的粉煤灰与钙质材料，它们在养护过程中将发生化学反应，生成水化硅酸钙，水化铝酸钙；同时磷石膏中的少量二水石膏也参与反应，生成硫铝酸钙，这些反应使产品形成具有一定强度的块状或粒状，具有一定强度的块状或粒状缓凝剂可以用通常的烘干设备烘干，同时也可以在水泥厂实现正常的储存与配料。

(3)粉煤灰、钙质材料在少量活化剂的促进下，在养护时使得粉煤灰中铝硅玻璃体生成一定数量的水化硅酸钙，水化铝酸钙；在表面具有一定水化物的铝硅玻璃体，具有较高的硅铝溶出率，表面也由光滑变成凹凸不规则状，这样的粉煤灰具有很高的火山灰活性，本发明称之为活性粉煤灰。含有活性粉煤灰组份的新型磷石膏缓凝剂在水泥水化时，活性粉煤灰中的水化物充当“晶种”，水泥矿物水化的产物将优先在其上折晶，这一过程将加速水泥矿物的水化；另外粉煤灰中呈凹凸状铝硅玻璃体和一些具有新鲜表面的玻璃体(在水泥粉磨时，玻璃体上的水化物将在研磨体作用下脱落，留下一些新鲜表面)，具有很高的火山灰活性，它们可在水泥水化早期就开始与熟料矿物水化吸出的Ca(OH)₂发生二次反应，生成水化产物。活性粉煤灰的以上作用使得掺入本产品的水泥具有较高的早期强度和稳定的后期强度。

综上所述，本发明的优点与效果可归纳如下：

(1)本发明的磷石膏水泥缓凝剂产品生产工艺简单，生产线投资少，且可均用工业废渣作原材料、产品生产成本低。

(2)本发明的磷石膏水泥缓凝剂排除了磷石膏中干扰调凝的因素，可对水泥进行较稳定调凝。

(3)产品呈块状或颗粒状，本征强度3-5MPa、含水率5-8％，水泥生产线可用圆库储存本产品并可实现稳定配料。

(4)产品中的活化粉煤灰组份本身具有较高的火山灰活性，且可促进水泥水化，因此本产品可提高水泥的早期强度，提高水泥产量、降低水泥成本。

应用实例：1、原料： 磷石膏--铜陵化工集团副产品    SO₃含量43％                  粉煤灰--铜陵发电厂湿排灰          石灰--铜陵附近石灰窑厂         有效CaO 80％         活化剂--自制2、配方：         原料配方(干基重量百分比)3、工艺过程：

搅拌-压制成型-自然养护(30天)-晒干           产品化学成份：(重量百分比)