应用改性的氟石膏制备专用砌筑材料.pdf

第6期
矿产综合利用
2016年12月
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
Dec.2016
利废工艺
应用改性的氟石膏制备专用砌筑材料
马正先,郭浩',杭鑫坤',李兵',逢鲁峰,常青山2
1.山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101;
2.山东华迪建筑科技有限公司,山东济南250001)
摘要:利用物理政性、化学改性、物理与化学共同改性对氟石膏进行改性处理,考察其不同改性方式对氟
石膏性能的影响。物理改性方法采用粉磨方式,研究了不同粉磨时间对氟石膏粒度和标准稠度用水量的影
响;化学改性选取B型半水石膏、硫酸钠、明矾作为氟石膏的化学激发剂,分别研究其对氟石膏凝结时间、强
度等的影响;选择物理和化学单独改性取得的最佳参数进行同时改性;为了达到砌筑水泥的性能要求,选择加
入少量水泥并确定其最佳掺量。研究结果表明,化学改性和物理改性均能改善氟石膏的水化活性,但物理与
化学同时改性效果更好;氟石膏砌筑材料的最佳配方为:5%水泥,95%改性氟石膏(其中2%B型半水石膏、
1%硫酸钠、1%明矾、4%熟石灰、92%氟石膏和粉磨时间为20min);氟石膏砌筑材料各项性能指标符合《砌
筑水泥》(CB/T3183-2003)要求。
关键词;氟石膏;砌筑材料;物理改性;化学改性
doi:10.3969/j.issa.1000-6532.2016.06.013
中图分类号:TD989文献标志码:A文章编号:1000-6532(2016)06-0055-06
氟石膏是生产氢氟酸(HF)过程中排放的工业为了尽快消化掉该公司氢氟酸生产过程中排放的氟
副产品,新排放的氟石膏中HF、H2S02等含量超标,石膏,开展氟石膏综合利用研究勢在必行。利用氟
属强腐蚀性有毒有害废弃物3引。氟石膏物相组成石膏制备胶结材料或专用砌筑材料是氟石膏的利用
与天然硬石膏(Cas0.,I)相似,主要为无水硫酸钙,方向之一。现有文献对此也有报道,但氟石膏的利
水化进程缓慢,具有潜在的水化活性。氟石膏属用率基本在80%以下『8-,主要是氟石膏的水化和
Ⅱ型无水石膏,其特点是,虽然有水化能力,但溶解凝结硬化能力没有得到充分发挥。为了提高氟石膏
水化速度非常缓慢,凝结时间长,早期强度低,一般水化和凝结硬化的能力,目前常采用物理改性或化
不能直接作胶凝材料使用。因此,不经过处理的废
学改性的方法激发氟石膏的活性15-9。因此,本文
弃氟石膏难以直接被利用,必须对氟石膏进行政性在前人研究的基础上,分别考察了物理改性、化学改
处理,激发氟石膏的水化活性,加速Ⅱ型无水石膏向
性、物理与化学同时改性对其活性激发效果的影响。
水石膏的转化,以提高氟石膏的强度?。
其中,物理改性采用粉磨处理的方法,研究了不同粉
磨时间对凝结时间和标准稠度用水量以及强度的影
山东某公司每年排放的氟石膏约1Mt,主要供
给水泥厂用作绶凝剂,但由于相关产业产能及其他
响;化学改性中研究了不同的激发剂对氟石膏不同
龄期强度、凝结时间以及标准稠度用水量的影响,并
因素的限制,排放的氟石膏很难销售;如果作为固体
在进行一系列的各激发剂掺量单一试验后,利用正
废弃物堆存,不仅占用大量土地,还直接污染土壤和
交表进行正交试验;物理与化学同时改性中研究了
地下水环境,给人类的生活带来极大的危害。因此,
收稿日期:2015-10-27
基金项目:山东省科技惠民计划项目(No.2014 kjhmxqo211);山东省高等学校科技计划项目(No.JI4LCO1)
作者简介:马正先(1962-),男,博士,教授。
矿产综合利用
2016
年
激发剂对其凝结时间、标准稠度用水量以及强度的用水量、抗折强度及抗压强度等基本性能。试块采
影响。
用自然养护,试验条件为室温。
试验
标准稠度用水量和凝结时间的测定均按照GB
T1346-2011标准进行测试。
2.1试验原料
按氟石膏砌筑材料配方制备一组试件,按照
氟石膏:取自山东某氟化工厂,灰白色颗粒。由GB/T1346-2011标准用雷氏夹法进行安定性试验。
负压筛分仪筛分得其0.2mm的筛余量为≤15%。
氟石膏的化学成分、X射线衍射分析以及基本性能3结果与分析
分别见表1、表2和图1。
3.1氟石膏中和试验
表1氟石膏的化学成分/%
为了氟石膏后续应用过程中添加的掺合料(如
Table1 The chemical composition of fluorgypsum水泥、矿渣、粉煤灰等)能够有一个被激发的环境条
A20
Caf
H,O
件,确定中和剂较佳掺量应保证氟石膏呈碱性,以便
40.23
57.14
0.35
1.63
0.60
掺合料活性被充分激发?。确定较佳pH值选取
在9~10之间。
e Caso
o Caso,·2H2O
用熟石灰对其进行中和试验,1h、8h、24h的
Ca
pH值差别不是很大,随熟石灰掺量增加,pH值逐渐
增大,熟石灰掺量大于4.0%时增幅明显增大。从
而熟石灰的掺量范围为4.0%~4.5%,较佳掺量宜
为4.2%。以此最佳掺量中和后的氟石膏进行后续
26/(°)
试验。
图1氟石膏的Ⅹ射线衍射
3.2物理改性试验
Fig. 1 X-ray diffraction patterns of fluorgypsum
氟石膏的水化过程是由外向内进行的,所以水
表2氟石啻的基本性能
化速度慢,活性很低。通过粉磨提高氟石膏细度使
Table 2 The basic properties of fluorgypsum
其颗粒细化,可以增加硬石膏与水接触的比表面积,
标准凝结时间
提高硬石膏的溶解速度,使浆体中Ca2溶出率增大
抗折强度
抗压强度
稠度
Mpa
/Mpa
从而有效激发硬石膏的活性。粉磨过程中,氟石膏
初凝终凝7d28d7d28d致密的结晶结构也会受到一定程度的破坏,使其与
4013301815
0.580.71水作用能力增强“2。试验分别以球磨方式粉磨5
明矶、硫酸钠:分析纯,购于济南化工市场。
min、10min、15min、20min、25min、30min,考察其
B型半水石膏、熟石灰、标准砂等均购于济南化标准稠度用水量、凝结时间(初凝、终凝)、7d和28
工市场。
d强度。粉磨改性试验结果见图2。
水泥为山东山水水泥集团有限公司生产的P
200
终凝
042.5水泥;拌和水为自来水。
2.1试验与测试方法
28d
试验分如下几个阶段进行:首先,进行氟石膏中
初凝
和试验,确定熟石灰的掺量;然后,分别进行物理改
赆60
性与化学改性试验,确定最佳改性参数,得出性能较
好的改性氟石膏;最后,为了得到性能较好的氟石膏
粉磨时间/min
砌筑材料,满足砌筑材料要求,考虑加人少量水泥并
确定较佳用量。
图2粉磨改性试验结果
各项性能测试参照《砌筑水泥》(CB/T3183
Fig.