磷石膏作水泥缓凝剂的应用及其危害(张云宝).docx

磷石膏作水泥缓凝剂的应用及其危害1磷石膏的应用及危害1.1磷石膏的物理化学性质磷石膏多数呈灰白色比重约为2.32g/cm3。堆积密度为0.847g/cm3左右。主要含有二水硫酸钙少量是半水或无水硫酸钙。反应生成的磷石膏含有较多的杂质其主要成分如表1所示。表1实验所用磷石膏和石膏的化学成分(%)样品名称SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOSO3P2O5K2OF有机物损失量磷石膏2.0133.970.770.240.2142.962.480.0230.160.1219.03石膏2.6235.250.890.170.8743.1013.52由表1可知天然石膏与磷石膏的化学成份SO3和CaO大致相同。由此可见磷石膏可以代替石膏作水泥的缓凝剂但是磷石膏中有天然石膏中没有的P2O5、F和有机物呈现较强的酸性pH=3.4左右并且含水高达21%由于这些差别存在必然会影响水泥的性能妨碍磷石膏在水泥中的应用。只有了解磷石膏中杂质的水泥中危害行为才能有效开发磷石膏在水泥中的应用。1.2磷石膏直接用于水泥中的危害磷石膏中二水硫酸钙含量超过80%～90%是一种重要的再生石膏资源。但是磷石膏与天然石膏在组成和结构方面的差异使其不能直接用于作为水泥的缓凝剂这是由于磷石膏中含有磷、氟、有机物等诸多有害杂质使其性能不如天然石膏。杂质对水泥的影响如下：1.2.1可溶磷和氟磷石膏中的主要以H3PO4、NaF、Na2SiF6等形式存在的可溶性磷和氟可溶性磷和氟的存在减慢水化硬化的原因可能是在水化初期可溶磷和氟形成磷酸钙和氟化钙沉淀覆盖在半水石膏表面阻碍其溶出与水化造成水泥凝结迟缓。另一方面可溶磷和氟存在减少水泥水化生成氢氧化钙含量使生成钙矾石速度减慢同时可溶氟使水化产物二水石膏晶体粗化晶体间的接合点减少接合力削弱致使其强度降低。1.2.2共晶磷CaHPO4·2H2O与CaSO4·2H2O同属单斜晶系晶格常数也极为相近在一定条件下CaHPO4·2H2O可以进入CaSO4·2H2O晶格形成固溶体。在生产磷酸铵时磷酸氢钙部分取代石膏中的水分子而进入石膏晶格中生成共晶磷。当掺有该种磷石膏的水泥加水拌合时在强碱性环境下共晶磷又释放出来起到和可溶性P2O5相同的有害作用。1.2.3有机物磷矿石带入的有机物和磷酸生产时加入的有机絮凝剂使磷石膏中含有少量有机物残留在磷石膏中的有机物会附在磷石膏表面。用磷石膏作水泥缓凝剂在硬化时有机物会阻碍CaSO4·2H2O的形成能延缓水泥的凝结时间但是将以降低强度为代价。1.2.4含水量磷石膏应用基水分较大含水率为20%～25%这将会造成下料仓的结块、堵塞等影响水泥的正常生产。1.3磷石膏的改性根据磷石膏对水泥产生的危害分析磷石膏作为天然石膏替代品的改性研究主要从以下几个方面入手：（1）消除有害可溶磷、氟和有机物使磷石膏具有天然石膏的缓凝性能；（2）改性后的磷石膏应能适当增强水泥的强度；（3）改性后的磷石膏含水率应低方便水泥企业使用；（4）生产改性磷石膏投资少、成本低能为企业创造效益。基于上述赤泥是工业废渣而且呈碱性作为磷石膏的改性剂除了充分利用工业废渣之外降低水泥的成本还中和可溶磷和氟并使其转化为难溶的磷酸钙和氟化钙矿物质消除可溶性磷和氟对水泥的影响。同时赤泥高钙质废渣具有粘结作用能吸收磷石膏中部分附着水使其含水量降低。赤泥主要的矿物成分是γ-C2S对磷石膏起固化作用提高水泥的早期强度。1.4改性后磷石膏的试验与结果1.4.1实验原材料实验所用熟料和赤泥的化学组成见表2。表2实验所用熟料和赤泥的化学组成（％）1.4.2实验过程将干燥的赤泥与含水率为21%的磷石膏按一定比例混合、均化然后陈化24h以上就可以制成改性磷石膏。将熟料破碎到5～7mm与5%的改性磷石膏在实验球磨机上粉磨然后进行物理性能测试。1.4.3实验结果与分析为了比较磷石膏和改性磷石膏与天然石膏对水泥性能的影响。分别将三者掺入同样的熟料同的养护条件的进行养护然后测试其物理性能其结果见表3。表3磷石膏对水泥的物理性能影响的对比实验测试编号石膏种类SO3/%比表面积/（m2·kg-1）标准稠度用水量/%安定性凝结时间/h抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d27d3d27d1石膏2.124680.22合格2.023.085.48.425.257.42磷石膏2.214600.24合格3.574.625.238.523.257.03改性磷石膏2.184590.23合格2.053.175.308.328.559.2从表3可以看到在同样的条件下用磷石膏作水泥的缓凝剂使水泥的凝结时间增加这主要是因为石膏的水化硬化速度取决于以下几方面：石膏的溶解速度和过饱和度、石膏晶核的形成和晶体的生长。能减弱这三个过程中的任