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钢渣改性磷石膏做水泥缓凝剂的研究

发布时间:2022-10-07 08:25:23 来源:米乐m6棋牌 作者:米乐M6官网

  由于原状磷石膏直接加入水泥中会导致水泥过度缓凝,因此提出了用钢渣改性磷石膏的试验方案,结果表明,掺加 5%~10%左右的钢渣时,能够最大程度地降低磷石膏中的杂质对水泥性能的影响,并且改性体具有一定的强度,有利于运输和计量。

  磷石膏是磷酸或磷肥工业以及某些合成洗涤剂产业排放的废渣,是一种多组分的复杂结晶体,其主要成分为 CaSO4·2H2O。磷石膏的颜色因其中含杂质的不同而不同,主要有灰色、灰白色和灰黄色等。磷石膏中的杂质多为可溶性的,如可溶性磷、氟等,同时还含有一些共晶磷和有机物,这些杂质导致了原状磷石膏替代天然石膏直接用作水泥缓凝剂时,水泥过分缓凝。另外原状磷石膏的含水率很高,可达 20%~30%,如果直接应用容易堵塞下料仓,这些因素都决定了要对原状磷石膏进行预处理,常用的预处理方法有水洗法、石灰中和法等。

  钢渣是一种碱性较强的工业废渣,且钢渣中还含有 C2S、C3S 等活性成分,本文利用钢渣的碱性中和磷石膏中的可溶性磷, 减少这些杂质对水泥性能的危害,同时钢渣中活性成分的存在还可以提高改性体的强度,便于改性体的运输和计量。

  原状磷石膏取自湖北省黄麦岭磷化工集团,为含水率为 12%~15%的粉状固体,外观为浅灰色,使用前将原状磷石膏于 40℃下烘干 24h。天然石膏取自华新阳新水泥厂。熟料取自华新黄石水泥厂,使用前用实验小磨粉磨 40min,测定勃氏比表面积为 320.4m2/kg。钢渣为昆钢钢渣,在 110℃烘箱内烘干 24h 后,用实验小磨粉磨 40min,测定勃氏比表面积为 308.2m2/kg。原料的化学成分见表 1,磷石膏中 P2O5含量 1.10%,F 含量 0.20%。

  将粉磨后的钢渣和原状磷石膏在胶砂搅拌机中干混 3min,加入一定量的水后,再湿混 3min,将混合均匀的物料加入 Φ50mm 的圆柱体试模,在抗压强度试验机上加载至 10MPa,并维持压力 2min,然后解除压力,利用千斤顶将试件顶出。试件在自然条件下洒水养护 7d 后破碎研磨,测定改性体中的 SO3含量。

  水溶性 P2O5的测定按照 GB/T23456—2009《磷石膏》进行。SO3的测定按照 GB/T5484—2000《石膏化学分析方法》进行。pH 值的测定:将待测样按照水固比 3:1 的比例与蒸馏水混合,充分搅拌后放置 15min,过滤,滤液用精密pH计测定pH 值。

  表 2 中 NG 为掺加天然石膏的水泥,PG 为掺加原状磷石膏的水泥。可以看出,在 SO3含量相等时,直接掺加原状磷石膏的水泥凝结时间比掺加天然石膏的水泥延长 70min 左右,强度有所降低。

  试验了不同钢渣掺入量对磷石膏 pH 值、可溶性磷、SO3含量以及强度的影响,结果如表 3 所示。由表3 可以看出 ,原状磷石膏呈现弱酸性 ,钢渣呈现出强碱性,当钢渣掺量超过 10%之后,继续增大钢渣的掺量对磷石膏的 pH 值和可溶性杂质影响不大。如果继续增大钢渣的掺量, 还会使得改性体的 SO3含量过低,同时改性体的强度也无明显的增大,这说明钢渣中含有一定量的活性物质可以提高改性体的强度,但是这些物质的活性有限,因此不能无限制地增大钢渣的掺量。钢渣掺量为 10%时,改性体的 7d 抗压强度可达 2MPa 左右,这样既方便了改性体的运输,同时也解决了原状磷石膏含水量太大容易堵仓的问题。

  将改性后的磷石膏研磨过筛后,按照表 4 的比例配料,测试水泥的物理性能。表 4 中的 PG1、PG2、PG3和 PG4 分别为掺加钢渣 5%、10%、15%和 20%的改性磷石膏, 按照与 5%天然石膏 SO3含量相等的原则确定出不同钢渣掺量的改性体在水泥中的掺量。由表 4可以看出,在钢渣掺量超过 10%之后,凝结时间变化不大,在钢渣掺量为 20%时,凝结时间还有所增长。另外随着钢渣掺量的增大,水泥的 28d 强度呈现出下降的趋势,因此确定钢渣的掺量应在 10%以下。

  以上试验结果表明,掺加钢渣改性后的磷石膏的水泥凝结时间较掺原状磷石膏的有所缩短,其中钢渣掺量为 10%时,水泥的凝结时间已与掺加天然石膏时相差不大,但是 28d 强度仍然低于掺加天然石膏的水泥, 并且随着钢渣掺量的增大,28d 抗压强度出现继续下降的趋势,所以可以得出,用钢渣改性磷石膏时,钢渣的掺量不应超过 10%。

  磷石膏中的杂质主要有可溶磷、共晶磷以及一些有机物等,钢渣改性磷石膏主要是利用钢渣的碱性中和磷石膏中的可溶磷使其成为对水泥性能无害的物质。对比图 1 和图 2 可以发现,掺加 10%钢渣后,钢渣中的 Ca (OH)2与磷石膏中的可溶性 P2O5反应生成了难溶的 Ca3(PO4)2,降低了这些可溶性杂质对水泥凝结时间的影响;同时从表 3 也可以看出,在钢渣掺量为10%时,7d 后改性体中已经几乎检测不到可溶性磷 ,但是由于钢渣改性消除的是可溶性磷的影响,共晶磷和有机物的影响并没有消除,所以掺加改性体的水泥凝结时间比直接掺加天然石膏的水泥还是稍有延长。

  同时钢渣中含有一些和水泥熟料相类似的矿物,具有潜在的活性,石膏可以激发钢渣的活性加速钢渣的水化,从而使得改性体可以产生一定的强度,方便了改性体的运输和计量。

  1)原状磷石膏不宜直接作为水泥缓凝剂使用,直接掺加原状磷石膏一方面会导致水泥过度缓凝,另一方面原状磷石膏中水分含量较大,容易堵塞下料仓。

  2)掺入 5%~10%的钢渣 ,陈化一段时间之后 ,可以有效降低原状磷石膏中的可溶性杂质的影响,并且改性体具有一定的强度,7d 抗压强度可达 2MPa 左右。

  3)钢渣掺量并非越大越好 ,当掺量大于 10%后 ,并不能大幅度提高改性体的强度,反而还会导致水泥28d 强度的降低。

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