一種石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固廢處理和生態(tài)膠凝材料及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種石膏復(fù)合膠凝 材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)石膏也叫化學(xué)石膏，指在工業(yè)生產(chǎn)中由化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣為主要成分 的副產(chǎn)品或廢渣，主要有磷石膏、脫硫石膏、氟石膏、檸檬酸石膏、鈦石膏和鹽石膏等。由于 環(huán)境保護(hù)的原因，近年來對(duì)工業(yè)石膏的處理和利用研究不斷加強(qiáng)，其中脫硫石膏的處理和 利用得到長(zhǎng)足進(jìn)步，以其為原料制備石膏板、建筑石膏和水泥緩凝劑的生產(chǎn)線接連投產(chǎn)，而 排放量很大的磷石膏利用率相對(duì)低迷。在脫硫石膏的利用方法中，除水泥緩凝劑外，其它方 法多牽涉到對(duì)石膏的煅燒工序，成本和能耗仍然過高，這在對(duì)成本特別敏感的建材領(lǐng)域仍 是一個(gè)問題。石膏復(fù)合膠凝材料通常在石膏中加入礦渣、水泥或石灰進(jìn)行膠凝，多數(shù)需對(duì)石 膏進(jìn)行煅燒預(yù)處理以提高活性，但也存在一些非煅燒利用方法，如專利CN200810031155.6 和CN103274613A對(duì)工業(yè)石膏進(jìn)行免煅燒利用。不僅如此，這類石膏復(fù)合膠凝材料中石膏以 外的摻和料含量較高，導(dǎo)致制品密度比建筑石膏明顯增大和石膏的調(diào)濕透氣功能降低，且 摻和料配比難于掌握，容易開裂。磷石膏等含較多雜質(zhì)的副產(chǎn)石膏的膠凝強(qiáng)度欠佳，難于應(yīng) 用，導(dǎo)致這一最大宗的副產(chǎn)石膏利用率很低，而現(xiàn)有復(fù)合膠凝材料由于膠凝機(jī)理的限制，這 些問題難以有效解決。開發(fā)新型的石膏復(fù)合膠凝材料為解決上述問題提供新途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種石膏復(fù)合膠凝材料 的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，包括如下步驟： (1) 先準(zhǔn)備兩種原料。原料1為含有Si02和Al2〇3的固體物質(zhì)，可以是天然的巖石和礦 物，也可以是人工產(chǎn)物，或者二者的混合物，含Si0 2和Al2〇3的固體原料優(yōu)選天然巖石、礦山 尾礦、煤矸石、燃煤殘碴、粉煤灰、陶瓷廢料或冶金廢碴中的一種或兩種以上;原料2為含堿 金屬的鹽，可以是鉀和/或鈉的氧化物、硫化物、氫氧化物、無機(jī)酸鹽和有機(jī)酸鹽的一種或多 種的混合物(氧化物、氫氧化物等都不屬于鹽，但是為了方便表達(dá)，在此統(tǒng)一概括成含堿金 屬的鹽），也可直接采用工業(yè)堿，或者采用富含上述鹽類的工業(yè)廢堿;原料1與原料2以任意 方式均勻混合并研磨至細(xì)度達(dá)到200目篩余量<10%，然后在氧化環(huán)境中于500~1000°C充分 加熱(這里的充分加熱，對(duì)時(shí)間不需要明確限定，以滿足化學(xué)反應(yīng)充分完成所需要的時(shí)間為 準(zhǔn)），冷卻后即得富硅物料;所述的富硅物料滿足如下按質(zhì)量百分比計(jì)的化學(xué)組成： Si〇2 45~75%，Al2〇3 8~47%，K2〇+Na2〇:l~13%，其它：3~30%;所述的其它包括FeO、Fe2〇3、 MgO、CaO、Ti〇2和S03中的一種或兩種以上； (2) 準(zhǔn)備與水反應(yīng)生成Ca(0H)2的鈣堿原料，包括生石灰、熟石灰、電石渣和各種水泥熟 料但不局限于此幾種； (3)準(zhǔn)備石膏，按富硅物料/鈣堿原料/石膏=33~72/5~30/14~62的質(zhì)量比混合均勻，以 任意方式研磨至200目篩余量少于10%的細(xì)度即得石膏復(fù)合膠凝材料;所述的石膏包括天然 硬石膏、石膏、建筑石膏、煅燒無水石膏及工業(yè)石膏但不局限于此幾種，所述的工業(yè)石膏使 用前需預(yù)處理至pH為6~7。
[0005] 進(jìn)一步地，所述的石膏復(fù)合膠凝材料以適當(dāng)?shù)乃冶燃尤胨當(dāng)嚢杈鶆蚝笸ㄟ^振動(dòng) 去除氣泡，然后在飽和水蒸汽或空氣中及在0~l〇〇°C的溫度下養(yǎng)護(hù)硬化得到適當(dāng)強(qiáng)度的建 筑結(jié)構(gòu)材料;或在更少的水灰比下拌勻后適當(dāng)加壓成型，在與振動(dòng)成型試塊相同的養(yǎng)護(hù)條 件下硬化。
[0006] 進(jìn)一步地，所述的富娃物料還包括天然和/或人工的火山灰性材料，按需要添加， 以改善石膏復(fù)合膠凝材料的某些特性。
[0007] 進(jìn)一步地，石膏復(fù)合膠凝材料在水化時(shí)根據(jù)需要可加入粗細(xì)集料和減水劑等改善 膠凝體的性質(zhì)，可做成建筑砌塊、板材、加氣混凝土和泡沫混凝土等，也可用于批蕩、填縫、 堵漏、打底和粉刷墻壁。
[0008] 本發(fā)明的石膏復(fù)合膠凝材料在水化時(shí)可同時(shí)生成非晶態(tài)、半晶態(tài)和全晶態(tài)的膠凝 相包圍石膏顆粒以提高其抗水軟化性能，其中的石膏并非一定要經(jīng)過煅燒的預(yù)處理程序。
[0009] 本發(fā)明的有益效果在于： (1)本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)石膏的全利用，除天然的硬石膏與石膏外，還能適應(yīng)不同來源 的副產(chǎn)石膏，開辟了工業(yè)石膏處理和利用的新途徑。
[0010] (2)本發(fā)明通過低溫煅燒制備石膏復(fù)合膠凝材料，其性能與硅酸鹽水泥相當(dāng)，但成 本與碳排放明顯低于后者；同時(shí)它也能和硅酸鹽水泥復(fù)合使用。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。
[0012] 實(shí)施例中共采用了 7種天然和人工的硅鋁質(zhì)原料來制備富硅物料，它們的化學(xué)組 成見表1。所有硅鋁質(zhì)原料破粉碎后加入堿混合均勻研磨至200目篩余量少于10%的細(xì)度。分 別在500~1000°C的溫度區(qū)間內(nèi)煅燒研磨好的粉體得到富硅物料。各實(shí)施例中富硅物料加工 工藝參數(shù)詳見表2。按與富硅物料的適當(dāng)比例加入鈣堿物料和石膏，重新研磨至200目篩余 量少于10%的細(xì)度。根據(jù)GB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法檢測(cè)3天和28天的強(qiáng)度性 能。對(duì)養(yǎng)護(hù)28天的試塊泡水72小時(shí)后檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，后者與28天強(qiáng)度的比值為軟化系數(shù)。 石膏復(fù)合膠凝材料的配方比例和性能詳見表3。
[0013] 表1實(shí)施例所選娃錯(cuò)質(zhì)原料的化學(xué)組成單位:wt%
表2各實(shí)施例中富硅物料加工工藝參數(shù)
'^表3石膏復(fù)合膠凝材料的配方與性能一覽表 ' '
由表3可知，各實(shí)施例石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度均滿足砌筑水泥的要求，而軟化系 數(shù)均不小于0.8,可根據(jù)使用需要調(diào)節(jié)摻和料的比例得到不同強(qiáng)度和軟化系數(shù)的結(jié)構(gòu)材料。 當(dāng)用在高濕度和高負(fù)荷場(chǎng)合時(shí)選擇軟化系數(shù)高和強(qiáng)度大的配方，用于干燥和不承重的場(chǎng)所 時(shí)可選擇較高石膏摻量、強(qiáng)度與軟化系數(shù)相對(duì)較低的配方以節(jié)省成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 先準(zhǔn)備兩種原料，原料1為含有Si〇2和Al2〇3的固體物質(zhì)，原料2為含堿金屬的鹽;原 料1與原料2均勻混合并研磨至200目篩余量< 10%，然后在氧化環(huán)境中于500~1000°C充分加 熱，冷卻后即得富硅物料;所述的富硅物料滿足如下按質(zhì)量百分比計(jì)的化學(xué)組成： Si〇2 45~75%，Al2〇3 8~47%，K20+Na20 1~13%，其它 >30%;所述的其它包括FeO、Fe2〇3、 Mg0、Ca0、Ti02和S03中的一種或兩種以上； (2) 準(zhǔn)備與水反應(yīng)生成Ca(OH)2的鈣堿原料； (3) 準(zhǔn)備石膏，按富硅物料/鈣堿原料/石膏=33~72/5~30/14~62的質(zhì)量比混合均勻，重 新研磨至200目篩余量少于10%的細(xì)度即得石膏復(fù)合膠凝材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，含Si02和Al2〇3 的固體原料為天然巖石、礦山尾礦、煤矸石、燃煤殘碴、粉煤灰、陶瓷廢料或冶金廢碴中的一 種或兩種以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述的含堿金屬 的鹽為鉀和/或鈉的氧化物、硫化物、氫氧化物、無機(jī)酸鹽和有機(jī)酸鹽的一種或兩種以上的 混合物，或?yàn)楣I(yè)堿，或?yàn)楣I(yè)廢堿。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述的與水反應(yīng) 能生成Ca(OH)2的鈣堿原料為生石灰、熟石灰、電石渣和水泥熟料中的一種或兩種以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述的石膏為天 然硬石膏、石膏、半水石膏、煅燒無水石膏及工業(yè)石膏中的一種或兩種以上;所述的工業(yè)石 膏使用前需預(yù)處理至pH為6~7。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述 富硅物料還包括天然或人工的火山灰性材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石膏復(fù)合膠凝材料的制備方法。在硅鋁質(zhì)原料中加入少量堿金屬鹽低溫煅燒得到富硅物料，再在后者中按比例加入鈣堿原料與石膏，研磨即得石膏復(fù)合膠凝材料。本發(fā)明所使用的各種工業(yè)石膏無需煅燒即可用作該材料的原料，根據(jù)具體的應(yīng)用需要調(diào)整配方可以實(shí)現(xiàn)最好的性價(jià)比。本發(fā)明的石膏復(fù)合膠凝材料比過去的同類材料成本更低，而且可適用于硅酸鹽水泥不易得的地區(qū)，能促進(jìn)工業(yè)石膏的處理和廣泛利用。
【IPC分類】C04B11/26, C04B11/06, C04B11/30, C04B11/28
【公開號(hào)】CN105565693
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510951296
【發(fā)明人】彭美勛, 李隆江, 唐宇成, 呼琳琳, 陳翔, 周旋, 肖秋國(guó), 申少華, 張欣
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月19日