一種磷渣粉活性復合激發劑及其使用方法
【專利摘要】本發明屬于建筑材料【技術領域】，具體涉及一種磷渣粉活性復合激發劑及其使用方法。由工業廢渣電石渣、脫硫石膏以及化學試劑（或者化工原料)硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉復配而成。本發明主要利用堿激發、堿式鹽激發和硫酸鹽激發等多種激發復合作用，充分激發磷渣粉的活性。本發明產品可以有效激發磷渣粉的活性，明顯改善磷渣粉作為混凝土或者砂漿摻合料時出現的緩凝，早強低，強度發展慢等問題。本發明不僅可促進磷渣粉作為摻合料在水泥和混凝土行業的應用，變廢為寶，提高經濟效益，同時，還可以解決磷渣的大量堆存帶來的環境污染和土地浪費等問題，提高環境效益。此外，還可以緩解水泥和混凝土行業粉煤灰和礦渣粉等優質摻合料緊缺問題。
【專利說明】一種磷渣粉活性復合激發劑及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于建筑材料【技術領域】，具體涉及一種磷渣粉活性復合激發劑。
【背景技術】
[0002]隨著我國黃磷工業的不斷發展和壯大，提煉黃磷過程中排放出大量的磷渣。電爐法制備黃磷以磷礦石作為原料，以焦炭作為磷的還原劑，以硅石作為磷的成渣劑。提煉黃磷時，成渣劑中SiO2熔點降低，在(1350-1400) °C，與磷礦石中的鈣化合，形成以硅酸鈣為主要成分的熔融爐渣，經高壓水淬處理，形成顆粒狀磷渣。工業上每生產It黃磷，大約產生(8-10) t磷渣。我國2012年(1-12)月共開采磷礦石9529.46萬t，生產近900萬t磷，產生的磷渣達9000多萬t。加上歷年的累積，存量驚人！目前，如此大量的磷渣主要以工業廢棄物的形式堆放處理，堆放不僅占用大量土地，而且污染堆放附近的土壤和水體。
[0003]磷渣主要化學組分與礦粉和粉煤灰相似，都是SiO2, CaO和Al2O3等化合物；磷渣排放過程中，經高壓水淬處理，主要以玻璃體形式存在。這說明，磨細的磷渣粉也具有一定的潛在火山灰活性，可以作為混凝土和砂漿的摻合料。但是磷渣中的Al2O3和MgO含量明顯低于礦渣，SiO2含量一般高于礦渣，所以其水化活性低于礦渣粉。當磷渣粉作為摻合料使用時，易造成混凝土和砂漿早期強度低，強度發展較慢等問題。此外，磷渣還含有3%-5%的P2O5，當磷渣粉作為摻合料使用時，容易引起漿體緩凝的問題。磷渣粉作為摻合料引起的緩凝、早期強度低和強度發展較慢等問題，嚴重影響了磷渣粉作為摻合料的應用市場。要解決這一系列問題的技術關鍵在于開發合適的激發劑來激發磷渣的活性。
[0004]與此同時，隨著我國現代化建設的發展，水泥和混凝土行業的發展增速非常快，優質混合材和摻合料的市場需求也越來越大。目前市場上優質的摻合料礦渣粉和粉煤灰，在有些地區已經出現了不同程度的緊缺。開發研究新的摻合料迫在眉睫。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種能有效激發磷渣粉活性，解決磷渣粉的摻入引起混凝土和砂漿緩凝、早強低和強度發展慢等問題的磷渣粉活性復合激發劑及其使用方法。
[0006]本發明提出的一種磷渣粉活性復合激發劑，組分包括電石渣、脫硫石膏、硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉。各組分的質量比為:
電石渣100
脫硫石膏20-80
硅酸鈉20-60
硫酸鋁20-60
氫氧化鈉20-60。
[0007]各組份較佳的質量比為:
電石渣100
脫硫石膏20-60硅酸鈉25-40
硫酸鋁25-50
氫氧化鈉25-45。
[0008]本發明中，所述電石渣為生產乙炔的殘渣烘干處理后的產品，其游離水質量比例不大于3%,氫氧化鈣質量比例不小于85%。
[0009]本發明中，所述脫硫石膏為煙氣脫硫石膏，其游離水質量比例不大于5%，二水硫酸鈣質量比例不小于85%。
[0010]本發明中，所述硅酸鈉為化學純試劑或化工原料中的一種。
[0011]本發明中，所述硫酸鋁為化學純試劑或化工原料中的一種。
[0012]本發明中，所述氫氧化鈉為化學純試劑或化工原料中的一種。
[0013]本發明提出的磷渣粉活性激發劑的制備方法，具體步驟如下:
按前述重量比例稱取電石渣、脫硫石膏、硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉，通過機械攪拌、均化，即得所需產品。產品宜干燥密封儲存。
[0014]本發明提出的磷渣粉活性激發劑的使用方法，具體步驟如下:
磷渣粉活性復合激發劑的摻量為磷渣粉質量的4%-12%。磷渣粉在作為摻合料使用時，首先根據實驗設計配比稱取相應的水泥、磷渣粉、復合激發劑、骨料和水，再將水泥、磷渣粉、復合激發劑和骨料投入到攪拌機中干拌均化，然后再加水攪拌。
[0015]本發明提出的磷渣粉活性復合激發劑中，電石渣和氫氧化鈉主要起到堿激發的作用，利用電石渣和氫氧化鈉的堿性使磷渣玻璃體解體，激發出磷渣的活性。電石渣中氫氧化鈣能與磷渣玻璃體中的活性Si02、Al2O3發生火山灰反應，生成具有較高強度的水硬性水化硅酸鈣。氫氧化鈉作為磷渣粉激發劑時，磷渣膠凝材料與水接觸，氫氧化鈉迅速溶于水，使得整個水化體系液相介質的PH增大，此時的pH大于13，0H-迅速對磷渣顆粒的表面開始侵蝕，由于0Η_的極化作用，玻璃體中的S1-O-S1、S1-O-Al和Al-O-Al斷裂，形成具有膠凝性質的C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣等水化產物。其中0Η_濃度越大，對S1-O-S1、S1-O-Al和Al-O-Al鍵的破壞作用越強，激發效果越好。
[0016]硅酸鈉對磷渣活性的激發，首先是硅酸鈉的水解，生成硅膠，同時釋放出部分0Η_。然后溶液中的0Η_作用于磷渣，使磷渣玻璃體中的S1-O-S1、S1-O-Al和Al-O-Al斷裂，隨后的發生的就是氫氧化鈉的激發作用。同時，磷渣玻璃體解聚釋放出來的活性SiO2與溶于液相中的Ca2+反應迅速生成C-S-H凝膠，進一步促進磷渣的水化和硅酸鈉的水解，使磷渣的水化速度提高。而且硅酸鈉激發磷渣，在水化初期生成的水化硅酸鈣在磷渣的后續水化中起到了晶核的作用，促進了水化產物的形成。硅酸鈉具有雙重激發作用，所以硅酸鈉和氫氧化鈉都能較好的激發磷渣的活性。氫氧化鈉在早期(3d和7d)的激發效果優于硅酸鈉，但是在后期(28d和90d)硅酸鈉的激發效果遠好于氫氧化鈉。氫氧化鈉和硅酸鈉復合激發，可以取長補短充分發揮兩者長處:在水化早期氫氧化鈉激發為主，硅酸鈉激發為輔；在水化后期硅酸鈉激激發為主，氫氧化鈉發為輔。這樣就可以持續充分激發磷渣粉的活性。
[0017]本發明中的脫硫石膏是起到硫酸鹽激發的效果。脫硫石膏激發主要是S042_在Ca2+作用下，與夾雜在磷顆粒表面的凝膠及溶解于液相中的Alt)2—反應生成水化硫鋁酸鈣AFt。AFt在磷渣顆粒表面形成纖維狀或網絡狀包裹層，其緊密度要小于水化硅酸鈣層，有利于Ca2+擴散到磷渣顆粒內部，與內部活性Si02、Al2O3反應，使得磷渣活性激發得以持續發揮。其次，SO42-的存在又促進活性Al2O3的溶出，并且S042_還可以吸附于玻璃體表面Al3+網絡中間體活化點上，使S1-O鍵和Al-O鍵斷裂。
[0018]由于磷渣活性比較低，往往單獨一種激發措施不能很好的激發磷渣的活性，所以需要復合激發。本發明就是充分利用了堿激發、堿式鹽激發以及硫酸鹽激發的復合作用，持續充分激發磷渣粉的活性。
[0019]本發明提出的磷渣粉活性復合激發劑，可以有效激發磷渣粉的活性，明顯改善磷渣粉作摻合料引起的緩凝、早期強度低，強度發展緩慢等問題；還可以改善摻有磷渣粉的膠凝體系硬化漿體后期結構，使得硬化漿體結構更加致密，改善混凝土的性能。這樣就可以加快磷渣粉作為摻合料的市場應用。
[0020]本發明提出的磷渣粉活性復合激發劑是由工業廢渣電石渣和脫硫石膏以及化學試劑(或者化工原料)硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉復合而成。主要是通過堿激發、堿式鹽激發和硫酸鹽激發的復合作用，激發磷渣粉的活性。該磷渣粉活性復合激發劑激發效果好，制備方法簡單，成本較低，可以促進磷渣粉在水泥行業和混凝土行業的大量應用。一方面可以解決磷渣粉的處理問題，提高磷渣粉的綜合利用效率，另一方面可通過磷渣粉的應用改善混凝土和砂漿的性能，此外，還可以緩解優質摻合料的緊缺問題。該復合激發劑中的電石渣和脫硫石膏都是工業副產品，由電石渣和脫硫石膏以及化學試劑(或者化工原料)硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉復合成磷渣活性激發劑，不僅可激發磷渣粉活性解決磷渣的處理問題，同時還提高了電石渣、脫硫石膏自身的經濟附加值，為建筑業的節能減排和低碳化創造了良好的基礎條件。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面通過實施例進一步說明本發明。
[0022]實施例1，一種磷渣粉活性復合激發劑，按照電石渣100、脫硫石膏20、硅酸鈉(化學試劑)20、硫酸鋁(化學試劑`)20、氫氧化鈉(化學試劑)20的質量比例配合而成。按照磷渣粉摻量為水泥質量的30%，復合激發劑摻量為磷渣粉質量的4%，制備的砂漿的配比見表1，砂漿性能測試結果見表2。
[0023]實施例2，一種磷渣粉活性復合激發劑，按照電石渣100、脫硫石膏60、硅酸鈉(化工原料)40、硫酸鋁(化工原料)40、氫氧化鈉(化工原料)35的質量比例配合而成。按照磷渣粉摻量為水泥質量的30%，復合激發劑摻量為磷渣粉質量的8%，制備的砂漿的配比見表1，砂漿性能測試結果見表2。
[0024]實施例3，一種磷渣粉活性復合激發劑，按照電石渣100、脫硫石膏80、硅酸鈉(化學試劑)60、硫酸鋁(化學試劑)60、氫氧化鈉(化工原料)60的質量比例配合而成。按照磷渣粉摻量為水泥質量的30%，復合激發劑摻量為磷渣粉質量的12%，制備的砂漿的配比見表1，砂漿性能測試結果見表2。
[0025]表1實施例試驗配比
【權利要求】
1.一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于由電石渣、脫硫石膏、硅酸鈉、硫酸鋁和氫氧化鈉組成，各組分的質量比為:電石渣100 脫硫石膏20-80 硅酸鈉20-60 硫酸鋁20-60 氫氧化鈉20-60。
2.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于各組份的質量比為:電石渣100 脫硫石膏20-60 硅酸鈉25-40 硫酸鋁25-50 氫氧化鈉25-45。
3.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于所述電石渣為生產乙炔的殘渣烘干處理后的產品，其游離水質量比例不大于3%，氫氧化鈣質量比例不小于85%。
4.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于所述脫硫石膏為煙氣脫硫石膏，其游離水質量比例不大于5%，二水硫酸鈣質量比例不小于85%。
5.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于所述硅酸鈉為化學純試劑或化工原料中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于所述硫酸鋁為化學純試劑或化工原料中的一種。
7.根據權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑，其特征在于所述氫氧化鈉為化學純試劑或化工原料中的一種。
8.—種如權利要求1所述的一種磷渣粉活性復合激發劑的使用方法，其特征在于具體步驟如下:磷渣粉活性復合激發劑的摻量是磷渣粉質量的4%-12%，磷渣粉在作為摻合料使用時，首先根據實驗設計配比稱取相應的水泥、磷渣粉、復合激發劑、骨料和水，將水泥、磷渣粉、復合激發劑和骨料投入到攪拌機中干拌均化，然后再加水攪拌。
【文檔編號】C04B22/14GK103553402SQ201310518173
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】孫振平, 陳明, 楊旭 申請人:同濟大學