一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料及其制备方法

本发明属于胶凝材料，具体涉及一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、磷石膏作为一种工业副产品已成为制约磷化工产业发展的重要因素，目前全球磷石膏堆存已超过60亿吨，且每年仍以约2亿吨的速率继续增加，但全球磷石膏综合利用率仅为25％左右，磷石膏固废无害化处理和资源化利用是一道世界级难题。磷石膏作为建筑材料应用是建设领域规模化利用磷石膏的主要途径，也是集中技术力量攻关的重要课题之一。磷石膏在道路中的应用较为广泛，例如可以代替天然石膏作为水泥缓凝剂，经磨细后代替细集料制备混凝土，经煅烧后作为胶凝材料代替部分水泥使用等。

2、目前磷石膏作为胶凝材料应用于道路工程主要存在以下问题：一是磷石膏均质化处置方法较少，难以实现大规模的磷石膏利用；二是材料中存在水溶性磷、水溶性氟等有害物质，不但影响石膏的水化，而且会污染地下水资源；三是材料在水化过程中易产生裂缝、孔隙多等现象，耐水性能和力学性能较差。

3、一些研究中采用酸浸的方式脱除磷石膏中的大部分游离性磷、氟，以减少使用过程中水溶性磷、氟的释放。但是，酸浸处理不能完全去除磷石膏中的游离性磷、氟，并存在边际效应，去除率越高，所消耗的酸液量增加得越多。可见，采用单一的酸浸处理并不能完全解决含有磷石膏的材料释放水溶性磷、氟的问题。

4、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料，由磷石膏以及其它固体废弃物制成，能够替代水泥进行混凝土的生产，且具有水溶性磷、氟释放量低的优点，可解决磷石膏等固体废弃物难以利用的问题。

2、本发明的目的还在于，提供所述的碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

5、s1、将酸液与磷石膏混合，反应一定时间后过滤，对滤饼进行疏水处理，然后干燥至恒重，将干燥后的磷石膏磨细，随后进行煅烧，将煅烧后的磷石膏进行低温陈化，得到预处理磷石膏；

6、s2、将燃煤炉渣磨细，然后与酸液进行混合，反应一定时间后过滤，滤饼干燥至恒重，得到预处理燃煤炉渣；

7、s3、将所述预处理磷石膏、预处理燃煤炉渣按一定比例充分混合，得到磷石膏-炉渣胶凝材料，向所述磷石膏-炉渣胶凝材料中加入减水剂、缓凝剂、氧化钙、氢氧化钠，然后充分混合，得到碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料。

8、优选的，步骤s1中，所述酸液为盐酸或硫酸的水溶液，所述酸液的浓度为0.05～1.5mol/l，所述酸液与磷石膏的质量比为(4～6):1，搅拌反应20～30min。

9、优选的，步骤s1中，使用疏水剂对滤饼进行疏水处理，按重量份计，所述疏水剂包括0.5～1.0份kh550、4～5份teos和90～95份水；

10、步骤s1中，干燥温度为40-50℃。

11、优选的，步骤s1中，将磷石膏磨细至0.075mm以下，然后在150～180℃下煅烧3～5h。

12、优选的，步骤s1中，将煅烧后的磷石膏在2～5℃、湿度35％～45％环境下陈化24h，然后在8～12℃、湿度30％～40％环境下陈化24～48h，得到预处理磷石膏。

13、优选的，步骤s2中，将燃煤炉渣磨细至0.075mm以下，所述酸液的浓度为0.05～0.15mol/l，所述酸液与燃煤炉渣的质量比为(4～6):1，搅拌反应20～30min。

14、优选的，步骤s2中，干燥温度为100～110℃。

15、优选的，步骤s3中，所述预处理磷石膏、预处理燃煤炉渣的质量比为(6～8):(2～4)。

16、优选的，步骤s3中，按占磷石膏-炉渣胶凝材料的质量比计，加入减水剂0.8％～1.2％、缓凝剂0.01～0.03％、氧化钙1.0～4.0％、氢氧化钠0.3％～0.9％，水玻璃0.1％～0.4％。

17、本发明还提供一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料，通过任一上述的制备方法制得。

18、有益效果：

19、(1)本发明在对磷石膏进行酸浸处理的条件下，将磷石膏与燃煤炉渣进行混合制备磷石膏-炉渣胶凝材料，燃煤炉渣具有多孔结构，能够吸附磷石膏中的水溶性磷、氟等有害物质，避免其对磷石膏的水化产生影响，并减少对地下水的污染；燃煤炉渣具有水化活性，在碱激发的作用下能够与磷石膏发生水化反应生成钙矾石、水化硅酸钙，在水化反应的后期能够持续提高材料强度；

20、(2)本发明通过对燃煤炉渣进行酸浸处理，使其对水溶性氟、磷具备更好的吸附效果，能够进一步减少水溶性氟、磷的逸出，降低对环境的影响；

21、(3)本发明提供的碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料，全部使用磷石膏和燃煤炉渣替代水泥，材料成本低，制备简单，在大量消耗磷石膏、炉渣的基础上，还能够减少碳排放，具有明显的经济、环保效益。

技术特征：

1.一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酸液为盐酸或硫酸的水溶液，所述酸液的浓度为0.05～1.5mol/l，所述酸液与磷石膏的质量比为(4～6):1，搅拌反应20～30min。

3.如权利要求1所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，使用疏水剂对滤饼进行疏水处理，按重量份计，所述疏水剂包括0.5～1.0份kh550、4～5份teos和90～95份水；

4.如权利要求1所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，将磷石膏磨细至0.075mm以下，然后在150～180℃下煅烧3～5h。

5.如权利要求1～4任一所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，将煅烧后的磷石膏在2～5℃、湿度35％～45％环境下陈化24h，然后在8～12℃、湿度30％～40％环境下陈化24～48h，得到预处理磷石膏。

6.如权利要求1～4任一所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，将燃煤炉渣磨细至0.075mm以下，所述酸液的浓度为0.05～0.15mol/l，所述酸液与燃煤炉渣的质量比为(4～6):1，搅拌反应20～30min。

7.如权利要求1～4任一所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，干燥温度为100～110℃。

8.如权利要求1～4任一所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述预处理磷石膏、预处理燃煤炉渣的质量比为(6～8):(2～4)。

9.如权利要求1～4任一所述的一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，按占磷石膏-炉渣胶凝材料的质量比计，加入减水剂0.8％～1.2％、缓凝剂0.01～0.03％、氧化钙1.0～4.0％、氢氧化钠0.3％～0.9％，水玻璃0.1％～0.4％。

10.一种碱激发炉渣-磷石膏全固废胶凝材料，其特征在于，通过权利要求1～9任一所述的制备方法制得。

技术总结本发明提供一种碱激发炉渣‑磷石膏全固废胶凝材料及其制备方法，涉及胶凝材料技术领域，所述制备方法包括如下步骤：使用酸液处理磷石膏，过滤并对滤饼进行疏水处理，干燥后磨细并煅烧，随后进行低温陈化，得到预处理磷石膏；将燃煤炉渣磨细，使用酸液浸泡后过滤，滤饼干燥至恒重，得到预处理燃煤炉渣；将预处理磷石膏、预处理燃煤炉渣按比例混合，然后加入减水剂、缓凝剂、氧化钙、氢氧化钠并充分混合，得到碱激发炉渣‑磷石膏全固废胶凝材料。本发明使用磷石膏与燃煤炉渣制备磷石膏‑炉渣胶凝材料，能够吸附磷石膏中的水溶性磷、氟等有害物质，避免其对磷石膏的水化产生影响，并减少对地下水的污染，可解决磷石膏等固体废弃物难以利用的问题。技术研发人员：曹雪娟,苗成成,袁颖,杨晓宇,孔令云,邢振华,王金铜,饶尚一,杨帆,唐伯明受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2