一种半水磷石膏凝胶材料、及其制备方法和应用与流程

本公开属于磷石膏，具体而言，涉及一种半水磷石膏凝胶材料、及其制备方法和应用。

背景技术：

1、磷石膏是湿法制取磷酸时产生的固体废渣，利用率极低，大多采用堆存的方式处理，长期堆存不仅占用大量土地资源，而且对环境产生极大危害。因此，磷石膏的综合开发利用已成为当前急需解决的安全和环保问题。半水法磷酸工艺具有能耗低、产出磷酸浓度高的优势，从二水法转向半水法是未来磷化工的发展趋势。半水磷石膏是半水法磷酸工艺副产的磷石膏，主要成分为caso4·1/2h2o，具有潜在的胶凝活性，半水磷石膏的凝胶反应如下：4caso4·1/2h2o+2h2o→3caso4·2h2o。但半水磷石膏作为凝胶材料具有以下缺点：(1)需水量远大于实际水化用水量；(2)凝结时间短。

2、利用掺加外加剂如减水剂、缓凝剂对半水磷石膏进行改性，可以有效解决半水磷石膏凝胶材料存在的上述问题。减水剂通过与半水石膏表面的ca2+结合吸附于石膏粒子表面，改变石膏粒子固液界面的性质，从而提高石膏粒子的分散性，释放磷石膏中的吸附水，减少需水量，提高水化率；缓凝剂通常是小分子有机酸如柠檬酸、磷酸盐，倾向于与游离ca2+结合成不溶物，从而减低石膏液相的过饱和度，特别是早期的过饱和度，从而降低半水石膏的溶解和晶核的形成，进而减慢水化进程；虽然此类缓凝剂具有很好的缓凝效果，但由于前期降低反应体系的过饱和度，导致晶核形成和结晶生长都受限，从而使得终凝产物的结晶之间的搭接减少，结构疏松，进而材料的力学强度大幅下降。

3、因此，目前亟需开发半水磷石膏的利用方法，以在降低用水量、延长凝结时间的前提下还能够制备力学性能较好的凝胶材料。

4、鉴于此，特提出本公开。

技术实现思路

1、本公开的目的包括提供一种半水磷石膏凝胶材料、及其制备方法和应用，旨在降低用水量、延长凝结时间的前提下还能够保证凝胶材料的力学性能。

2、为了实现本公开的上述目的，可采用以下技术方案：

3、本公开提供的方案包括一种半水磷石膏凝胶材料，按质量份数计，其原料包括：半水磷石膏100份、碱性激发剂1-8份、减水剂0.1-1.0份、晶型调节剂0.05-0.30份、硅酸类化合物0.1-0.8份和水40-60份；

4、其中，晶型调节剂中含有丁二酸基团和硅烷基团。

5、在本公开的一些实施方式中，按质量份数计，其原料包括：半水磷石膏100份、碱性激发剂2-5份、减水剂0.1-0.5份、晶型调节剂0.1-0.2份、硅酸类化合物0.2-0.5份和水40-60份。

6、在本公开的一些实施方式中，晶型调节剂是由环氧硅氧烷与天冬氨酸反应而得。

7、在本公开的一些实施方式中，在制备晶型调节剂时，控制环氧硅氧烷中的环氧基与天冬氨酸中的胺基的摩尔比为(1.0-1.2):1。

8、在本公开的一些实施方式中，环氧硅氧烷选自3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、环氧丁基三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

9、在本公开的一些实施方式中，硅酸类化合物的化学通式为：

10、

11、其中，r1、r2和r3均为c1-c8烷基，r4为o-r4’或r4’，r4’为c1-c8烷基或取代烷基，取代烷基上的取代基选自oh或cooh。

12、在本公开的一些实施方式中，硅酸类化合物为正硅酸乙酯。

13、在本公开的一些实施方式中，半水磷石膏的吸附水含量为15％-20％。

14、在本公开的一些实施方式中，半水磷石膏的型号选自α型和β型中的至少一种。

15、在本公开的一些实施方式中，半水磷石膏的可溶性磷含量≤0.1％，可溶性氟含量≤0.03％。

16、在本公开的一些实施方式中，碱性激发剂选自水泥、生石灰和高炉矿渣中的至少一种。

17、在本公开的一些实施方式中，减水剂为高分子减水剂。

18、在本公开的一些实施方式中，高分子减水剂选自聚羧酸类减水剂、木质素磺酸盐类减水剂和淀粉类减水剂中的至少一种。

19、本公开提供的方案还包括一种半水磷石膏凝胶材料的制备方法，包括：根据半水磷石膏凝胶材料的原料组成进行制备。

20、在本公开的一些实施方式中，包括：先将部分半水磷石膏与减水剂进行预混、干燥，再与剩余原料混合。

21、在本公开的一些实施方式中，先将部分半水磷石膏与减水剂混合、干燥得到第一物料，将第一物料与碱性激发剂混合得到第二物料，将第二物料与晶型调节剂、正硅酸乙酯和剩余的半水磷石膏混合得到第三物料，将第三物料与水混合。

22、在本公开的一些实施方式中，制备第一物料时所加入的半水磷石膏占半水磷石膏总质量的50％-70％。

23、在本公开的一些实施方式中，第一物料的制备过程包括：将部分半水磷石膏与减水剂进行球磨，之后进行干燥、过筛。

24、在本公开的一些实施方式中，控制球磨转速为200rpm-300rpm，球磨时间为20min-60min。

25、在本公开的一些实施方式中，过筛目数为350目-450目。

26、在本公开的一些实施方式中，制备第一物料时，控制干燥温度为50℃-100℃，干燥时间为30min-120min。

27、第三方面，本公开还提供上述任意实施方式中的半水磷石膏凝胶材料在建筑施工中的应用。

28、本公开利用半水磷石膏、碱性激发剂、减水剂制备凝胶材料，在减少用水量的同时能够起到较好的缓凝效果，通过引入硅酸类化合物和具有丁二酸基团和硅烷基团的晶型调节剂，晶型调节剂中的丁二酸基团能够与二水磷石膏通过静电作用从而吸附于{111}晶面上，从而抑制晶面的生长，形成片板状晶体，有利于晶体搭接紧密；在水化反应过程中，硅酸类化合物与晶型调节剂中的硅烷基团进行水解，从而形成硅凝胶，这些凝胶一方面填充因水分蒸发的空隙，另一方面能为二水石膏晶体提供胶结网络，增加连结力，从而提高石膏制品强度。因此，本公开提供的半水磷石膏凝胶材料在降低用水量、延长凝结时间的前提下还能够保证凝胶材料的力学性能。

技术特征：

1.一种半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，按质量份数计，其原料包括：半水磷石膏100份、碱性激发剂1-8份、减水剂0.1-1.0份、晶型调节剂0.05-0.30份、硅酸类化合物0.1-0.8份和水40-60份；

2.根据权利要求1所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，按质量份数计，其原料包括：半水磷石膏100份、碱性激发剂2-5份、减水剂0.1-0.5份、晶型调节剂0.1-0.2份、硅酸类化合物0.2-0.5份和水40-60份。

3.根据权利要求1或2所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述晶型调节剂是由环氧硅氧烷与天冬氨酸反应而得。

4.根据权利要求3所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，在制备所述晶型调节剂时，控制所述环氧硅氧烷中的环氧基与所述天冬氨酸中的胺基的摩尔比为(1.0-1.2):1。

5.根据权利要求3或4所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述环氧硅氧烷选自3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、环氧丁基三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述硅酸类化合物的化学通式为：

7.根据权利要求6所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述硅酸类化合物为正硅酸乙酯。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述半水磷石膏的吸附水含量为15％-20％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述半水磷石膏的型号选自α型和β型中的至少一种。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述半水磷石膏的可溶性磷含量≤0.1％，可溶性氟含量≤0.03％。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述碱性激发剂选自水泥、生石灰和高炉矿渣中的至少一种。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述减水剂为高分子减水剂。

13.根据权利要求12所述的半水磷石膏凝胶材料，其特征在于，所述高分子减水剂选自聚羧酸类减水剂、木质素磺酸盐类减水剂和淀粉类减水剂中的至少一种。

14.一种权利要求1-13中任一项所述半水磷石膏凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括：根据所述半水磷石膏凝胶材料的原料组成进行制备。

15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，包括：先将部分半水磷石膏与减水剂进行预混、干燥，再与剩余原料混合。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，先将部分半水磷石膏与所述减水剂混合、干燥得到第一物料，将所述第一物料与所述碱性激发剂混合得到第二物料，将所述第二物料与所述晶型调节剂、硅酸类化合物和剩余的半水磷石膏混合得到第三物料，将所述第三物料与水混合。

17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一物料时所加入的半水磷石膏占半水磷石膏总质量的50％-70％。

18.根据权利要求16或17所述的制备方法，其特征在于，所述第一物料的制备过程包括：将部分半水磷石膏与所述减水剂进行球磨，之后进行干燥、过筛。

19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，控制球磨转速为200rpm-300rpm，球磨时间为20min-60min。

20.根据权利要求18或19所述的制备方法，其特征在于，过筛目数为350目-450目。

21.根据权利要求16-20中任一项所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一物料时，控制干燥温度为50℃-100℃，干燥时间为30min-120min。

22.权利要求1-13中任一项所述半水磷石膏凝胶材料或权利要求14-21中任一项所述半水磷石膏凝胶材料在建筑施工中的应用。

技术总结本公开属于磷石膏技术领域，具体涉及一种半水磷石膏凝胶材料、及其制备方法和应用。利用半水磷石膏、碱性激发剂、减水剂制备凝胶材料，在减少用水量的同时能够起到较好的缓凝效果，通过引入硅酸类化合物和具有丁二酸基团和硅烷基团的晶型调节剂，通过硅酸类化合物和晶型调节剂的配合，能为二水石膏晶体提供胶结网络，增加连结力，从而提高石膏制品强度。因此，本公开提供的半水磷石膏凝胶材料在降低用水量、延长凝结时间的前提下还能够保证凝胶材料的力学性能。技术研发人员：谢英豪,余海军,李爱霞,王涛,李长东受保护的技术使用者：广东邦普循环科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5