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CN108706944B - 一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法 - Google Patents

一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法，所述磷石膏轻质板材原料组分及其质量份如下：钡渣10‑20份、二水磷石膏4‑10份、磷半水石膏60‑80份、偏高岭土5‑15份、电石渣1‑3份、轻集料0.5‑1.2份、缓凝剂0‑0.1份、减水剂0.1‑0.3份、保水剂0‑0.1份。本发明提供的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材轻质保温，容重在600‑1000Kg/m3范围内可调，导热系数均低于0.15W/(m·K)，无明显分层开裂，石膏水化的微膨胀性可以有效克服传统水泥板材收缩开裂的问题，所制备的轻质板材各项性能均满足JGT169‑2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》的标准。

Description

一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法。
背景技术
磷石膏是我国磷化工产业中最主要的工业副产品，每生产1吨P2O5需排放
4.5-5吨磷石膏。由于磷石膏中含有磷、氟、有机物等有害杂质，目前尚无有效的预处理技术能够完全消除杂质的影响，导致以磷石膏为原料制备的相关产品附加值低，企业利用磷石膏的积极性不高，主要采取露天堆存方式处理。据统计，目前我国磷石膏累计堆存量已超过3亿吨。磷石膏的堆存量与日俱增，不仅占用大量土地、浪费资源，且有害杂质随雨水浸出，产生酸性废水，引起土壤、水系、大气的严重污染和生态危害。
钡渣是重晶石生产碳酸钡时产生的工业废渣，每生产一吨钡盐会产生0.8-1吨钡渣。钡渣中含有酸溶性钡、水溶性钡以及一些重金属、稀土元素等。目前，钡渣的处理方式仍以堆存为主，不仅占用大量的土地资源，有害离子的浸出也会引起土壤环境的严重污染。
目前，尚无大规模利用磷石膏、钡渣等废弃物的方法。中国专利CN104058786B公开了一种利用钡渣的高性能加气混凝土建筑材料及其制备方法，充分利用了钡渣，在高温蒸压条件下，Ba2+与SO4 2-参与化学反应生成难溶的BaSO4，对Ba2+进行固化，从而降低了环境污染；中国专利CN102531500A公开了一种钡渣粉煤灰砌块及其生产方法，减少了钡渣对环境的污染，将废弃物替代粘土砖，实现废物利用。但是上述技术产品功能单一、附加值低，无法实现大规模推广应用，本发明利用钡渣制备磷石膏轻质板材，产品利废率高、轻质保温、容重可调，可以作为装配式预制构件，满足现阶段对于装配式建筑的市场需求，产品附加值高、市场前景好，可以解决钡渣、磷石膏两大固体废物大量堆存、污染环境的重大问题，实现其协同处置和资源化利用，同时推动磷化工及盐化工等多个行业的循环可持续发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材及其制备方法，实现了钡渣和磷石膏的协同处置和资源化利用，所制备的产品利废率高、轻质保温、容重可调，无明显分层开裂，节能环保。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，磷石膏轻质板材原料组分及其质量份如下：钡渣10-20份、二水磷石膏4-10份、磷半水石膏60-80份、偏高岭土5-15份、电石渣1-3份、轻集料0.5-1.2份、缓凝剂0-0.1份、减水剂0.1-0.3份、保水剂0-0.1份；
所述磷半水石膏为磷高强石膏和磷建筑石膏按照质量比4：1混合得到的混合物，其中磷高强石膏2h抗折强度大于6MPa，磷建筑石膏2h抗折强度大于3MPa。
按上述方案，所述钡渣为生产钡盐过程中产生的工业废渣(主要成分为BaSO4、BaCO3、BaSiO3、BaS以及一些重金属、稀土元素)烘干磨细后过筛得到，并经80μm方孔筛筛余不大于10％。
按上述方案，所述二水磷石膏中附着水(H2O)质量分数小于15％，二水硫酸钙的质量分数大于85％，水溶性五氧化二磷质量分数小于0.8％，pH为1.5-3。
按上述方案，所述偏高岭土中SiO2含量为50-55％，Al2O3含量为42-47％，45μm筛余物小于0.005％。
按上述方案，所述电石渣为制备乙炔时产生的废渣烘干磨细经80μm方孔筛过筛得到，且筛余不大于10％。
按上述方案，所述轻集料为发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒，颗粒粒径1-3mm，堆积密度5-12Kg/m3。
按上述方案，所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
按上述方案，所述减水剂为三聚氰胺减水剂，减水率大于15％。
按上述方案，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为10000-400000mPa·s。
本发明还包括上述利用钡渣制备的磷石膏轻质板材的制备方法，具体步骤如下：
1)将原料按比例称取，备用；
2)将钡渣和二水磷石膏按固液比1：1.6-3加水拌和，并在45-55℃下搅拌1.5-2.5h得到改性钡渣浆料；
3)根据需要，将步骤2)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌3-4min，随后注模成型得到磷石膏轻质板材。
本发明利用钡渣中水溶性和酸溶性的钡离子在酸性介质二水磷石膏的作用下，与硫酸根离子反应生成难溶性的硫酸钡，并利用磷半水石膏的胶凝性(半水石膏水化生成二水石膏，二水石膏晶体相互之间胶结在一起，形成网络结构，这种水化过程同时也可以把其他材料胶结在一起，从而起到固化作用)对钡渣、磷石膏中有害离子的进行固化，实现了钡渣和磷石膏的协同处置和资源化利用；利用偏高岭土的潜在水化活性反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，优化硬化体微结构提高产品综合性能，这些耐水性水化产物的生成同时也能对石膏结晶接触点起到一定的保护，提高产品的耐水性；利用电石渣(主要成分为Ca(OH)2)的强碱性在激发偏高岭土活性的同时，其与磷石膏中的可溶性磷酸盐反应，能够固化有害杂质磷并消除其对产品性能的影响；利用超低容重的EPS颗粒作为轻集料，同时在改性钡渣浆体制备的过程中，酸性的二水磷石膏中H+与钡渣中CO3 2-发生反应也引入部分CO2气体，并通过对浆体粘度的调控，实现高密差浆体(EPS颗粒与石膏浆体的容重差大于100倍)的高稳定性，实现板材的轻质保温、容重可调。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材轻质保温，容重在600-1000Kg/m3范围内可调，导热系数均低于0.15W/(m·K)，无明显分层开裂，石膏水化的微膨胀性可以有效克服传统水泥板材收缩开裂的问题，所制备的轻质板材各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》的标准；2、本发明利用钡渣和二水磷石膏制备磷石膏轻质板材，实现了钡渣和磷石膏的协同处置和资源化利用，利废率高，充分发挥各种废弃物的物化特性，实现钡渣、磷石膏等多种工业废弃物的协同处置和资源化利用，节能环保。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种利用钡渣的磷石膏轻质板材及其制备方法。本发明实施例所用钡渣为生产钡盐过程中产生的工业废渣，主要成分为BaSO4、BaCO3、BaSiO3、BaS以及一些重金属、稀土元素，烘干磨细后经80μm方孔筛筛余不大于10％；所用二水磷石膏为原状磷石膏，附着水(H2O)质量分数小于15％，二水硫酸钙的质量分数大于85％，水溶性五氧化二磷质量分数小于0.8％，pH为1.5-3；所用的磷半水石膏为磷高强石膏和磷建筑石膏按照4：1比例的混合物，其中所用的磷高强石膏为山东金信新型建材有限公司生产，磷高强石膏2h抗折强度大于6MPa，磷建筑石膏2h抗折强度大于3MPa；所用偏高岭土中SiO2含量为50-55％，Al2O3含量为42-47％，45μm筛余物小于0.005％；所用电石渣为制备乙炔时产生的废渣烘干磨细经80μm方孔筛过筛得到，且筛余不大于10％；所用轻集料为发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒，颗粒粒径1-3mm，堆积密度8Kg/m3；所用缓凝剂为石膏专用缓凝剂；所用减水剂为三聚氰胺减水剂，减水率21％；所用保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为50000mPa·s。
实施例1
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其组分及重量份含量包括：
钡渣10份、二水磷石膏4份、磷高强石膏64份、磷建筑石膏(CaSO4·0.5H2O质量分数大于85％)16份、偏高岭土5份、电石渣1份、轻集料1.2份、缓凝剂0.1份、减水剂0.2份、保水剂0.1份。
制备方法步骤如下：
1)改性钡渣浆料的制备：将钡渣和二水磷石膏按固液比1：3加水拌和，并在45℃下搅拌1.5h，得到改性钡渣浆料；
2)磷石膏轻质板材的制备，将步骤1)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌4min，随后搅拌后的浆料迅速注入模具中成型得到磷石膏轻质板材。
本实施例所制备磷石膏轻质板材性能测试数据见表1，其各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中各种规格产品的要求。
实施例2
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其组分及重量份含量包括：
钡渣20份、二水磷石膏10份、磷高强石膏48份、磷建筑石膏12份、偏高岭土10份、电石渣3份、轻集料0.5份、减水剂0.3份。
制备方法步骤如下：
1)改性钡渣浆料的制备：将钡渣和二水磷石膏按固液比1：1.6加水拌和，并在55℃下搅拌2.5h，得到改性钡渣浆料；
2)磷石膏轻质板材的制备，将步骤1)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌3min，随后搅拌后的浆料迅速注入模具中成型得到磷石膏轻质板材。
本实施例所制备磷石膏轻质板材性能测试数据见表1，其各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中各种规格产品的要求。
实施例3
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其组分及重量份含量包括：
钡渣15份、二水磷石膏7份、磷高强石膏60份、磷建筑石膏15份、偏高岭土10份、电石渣2份、轻集料0.8份、缓凝剂0.05份、减水剂0.1份、保水剂0.05份。
制备方法步骤如下：
1)改性钡渣浆料的制备：将钡渣和二水磷石膏按固液比1：2.3加水拌和，并在50℃下搅拌2h，得到改性钡渣浆料；
2)磷石膏轻质板材的制备，将步骤1)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌4min，随后搅拌后的浆料迅速注入模具中成型得到磷石膏轻质板材。
本实施例所制备磷石膏轻质板材性能测试数据见表1，其各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中各种规格产品的要求。
实施例4
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其组分及重量份含量包括：
钡渣10份、二水磷石膏4份、磷高强石膏56份、磷建筑石膏14份、偏高岭土15份、电石渣3份、轻集料0.8份、缓凝剂0.05份、减水剂0.2份、保水剂0.05份。
制备方法步骤如下：
1)改性钡渣浆料的制备：将钡渣和二水磷石膏按固液比1：3加水拌和，并在45℃下搅拌1.5h，得到改性钡渣浆料；
2)磷石膏轻质板材的制备，将步骤1)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌4min，随后搅拌后的浆料迅速注入模具中成型得到磷石膏轻质板材。
本实施例所制备磷石膏轻质板材性能测试数据见表1，其各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中各种规格产品的要求。
实施例5
提供一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其组分及重量份含量包括：
钡渣12份、二水磷石膏6份、磷高强石膏60份、磷建筑石膏15份、偏高岭土8份、电石渣2份、轻集料0.8份、缓凝剂0.1份、减水剂0.2份、保水剂0.05份。
制备方法步骤如下：
1)改性钡渣浆料的制备：将钡渣和二水磷石膏按固液比1：2.7加水拌和，并在50℃下搅拌2h，得到改性钡渣浆料；
2)磷石膏轻质板材的制备，将步骤1)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌4min，随后搅拌后的浆料迅速注入模具中成型得到磷石膏轻质板材。
本实施例所制备磷石膏轻质板材性能测试数据见表1，其各项性能均满足JGT169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中各种规格产品的要求。
将上述实例1-5制备的轻质板材进行性能测试，测试结果见表1：
表1
Figure BDA0001724366120000061
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述磷石膏轻质板材原料组分及其质量份如下：钡渣10-20份、二水磷石膏4-10份、磷半水石膏60-80份、偏高岭土5-15份、电石渣1-3份、轻集料0.5-1.2份、缓凝剂0-0.1份、减水剂0.1-0.3份、保水剂0-0.1份；
所述磷半水石膏为磷高强石膏和磷建筑石膏按照质量比4：1混合得到的混合物，其中磷高强石膏2h抗折强度大于6MPa，磷建筑石膏2h抗折强度大于3MPa。
2.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述钡渣为生产钡盐过程中产生的工业废渣烘干磨细后过筛得到，并经80μm方孔筛筛余不大于10％。
3.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述二水磷石膏中附着水质量分数小于15％，二水硫酸钙的质量分数大于85％，水溶性五氧化二磷质量分数小于0.8％，pH为1.5-3。
4.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述偏高岭土中SiO2含量为50-55％，Al2O3含量为42-47％，45μm筛余物小于0.005％。
5.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述电石渣为制备乙炔时产生的废渣烘干磨细经80μm方孔筛过筛得到，且筛余不大于10％。
6.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述轻集料为发泡聚苯乙烯颗粒，颗粒粒径1-3mm，堆积密度5-12Kg/m3。
7.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
8.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述减水剂为三聚氰胺减水剂，减水率大于15％。
9.根据权利要求1所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材，其特征在于，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为10000-400000mPa·s。
10.一种权利要求1-9任一所述的利用钡渣制备的磷石膏轻质板材的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)将原料按比例称取，备用；
2)将钡渣和二水磷石膏按固液比1：1.6-3加水拌和，并在45-55℃下搅拌1.5-2.5h得到改性钡渣浆料；
3)根据需要，将步骤2)所得改性钡渣浆料与磷半水石膏、偏高岭土、电石渣、轻集料、缓凝剂、减水剂和保水剂加入搅拌机中，搅拌3-4min，随后注模成型得到磷石膏轻质板材。
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