王 芬 ,王佩怡,劉長路,向文軍

(四川文理學院化學與化學工程系,四川達州635000)

1 引言

磷石膏是在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生的固體廢渣,其主要成分為二水硫酸鈣。隨著磷肥工業(yè)的高速發(fā)展,目前全國每年產(chǎn)生磷石膏約3萬t,而且每年還在以15%的速度增長。磷石膏是一種粉狀材料,幾乎沒有可塑造性,因此大部分采用堆放的處理方式,磷石膏的大量堆存,不僅侵占了土地資源,同時由于風蝕、雨蝕造成了大氣、水系及土壤的污染。如何有效的處理已經(jīng)成了我國乃至世界范圍內的一個迫在眉睫的問題。磷石膏與天然二水石膏化學成分相同,結晶形態(tài)相似,CaO的含量大于30%,并含有少量游離磷酸、氟及有機物,因此,磷石膏可以用作建筑墻體磚的原材料。

磷石膏制作建材可以采用傳統(tǒng)建筑石膏的生產(chǎn)工藝,即將石膏原料(二水石膏)先高溫炒制成半水石膏,再經(jīng)加水攪拌,成型,干燥等工藝,得到制品。但采用此種工藝生產(chǎn)的煅燒石膏都存在共同的特點,即強度低,一般抗壓強度僅 4.5MPa,不耐水,只能用于隔墻,而不能用作承重材料,生產(chǎn)中耗能高,所以應用范圍較為有限。本文介紹了近幾年國內磷石膏生產(chǎn)墻體磚的工藝研究進展,旨在為中國磷石膏生產(chǎn)墻體磚的合理利用提供理論論據(jù)和實踐參考。

2 我國磷石膏生產(chǎn)墻體磚的技術進展

2000年,張?zhí)毂?池濟亨[1]以砂子為輔料、聚丁類粘接劑為添加劑,經(jīng)配料、粉粹、混合、高壓成型,短期養(yǎng)護工序制得免燒磷石膏磚。當以磷石膏75%(質量份數(shù),下同)、砂子 25%、聚丁類粘接劑0.2%配比,調整原料總量含水10%,成型壓力為2000kN,制得的磷石膏磚抗壓強度達到20MPa。

2002年,胡成軍,潘建等人[2]將磷石膏、成型粘結劑料、內燃料和催化增強劑,按一定重量比充分混勻后,成型,晾干,在 700～900℃條件下燒制 30～55h,催化增強劑為含鐵化合物,制備出的磚抗壓強度均在10MPa以上,催化增強劑的催化效果顯著。通過比較不同催化增強劑的效果發(fā)現(xiàn)催化增強劑為Fe2(SO4)3時制備的燒結磚的抗壓強度最大。

2004年,董風芝,劉心中等人[3]將用磷石膏、粉煤灰和石灰按一定比例配料,經(jīng)混合、粉碎、成型等工藝,制成建筑內墻用空心砌塊,其基本配比為：m(磷石膏)∶m(粉煤灰)=(65～ 75)：(25～ 35),外加6%的生石灰及1%左右的激發(fā)劑,料漿的成型水料比約70%。m(磷石膏)：m(粉煤灰)=70%時按其工藝制備的空心砌塊抗壓強度達到8MPa,導熱系數(shù)0.24W/(m?K),耐火極限2h。該砌塊具有防火、隔熱、質輕、造價低、可加工性好等特點,且安裝方便,符合建筑物結構大開間、靈活隔斷發(fā)展趨勢對內墻材料的要求。

2005年,李忠金,諶天等人[4]使用特殊的粘接劑,采用高壓壓制法制備出一種環(huán)保高壓免燒磷石膏磚。所用的原料為(重量比)：砂100份、磷石膏40～60份、固相粘接劑 10～20份、液相粘接劑0.1～0.5份、胡敏酸鈉0.5～2份。固相粘接劑是氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鈣,氧化鋁中的1種或2種,液相粘接劑由石英、長石、粘土,一縮原磷酸配合而成。制磚壓力大于40MPa,制備出的磚抗壓強度平均值在10MPa以上,抗折強度平均值在2.0以上,吸水率小于20%,另外在抗凍、抗酸堿、耐水性、放射性上都符合國家標準。

2006年,楊金平[5]采用干燥煅燒法棄掉磷石膏了附著水分,使其結晶含水量小于15%,同時,除棄磷石膏中的磷、酸等有害物質。再將半水石膏(80%)與定量無水石膏、粉煤灰、凝結劑配合混合攪拌,凝結劑是12～20%的硅溶膠水溶液,將凝結劑用噴淋方式使之成霧狀,經(jīng)機械裝模高壓成型,機械脫模,自然水化后制得磷石膏高強度墻體磚。此法使磷石膏綜合選用達80%,可替代實心粘土紅磚,耐水性好,強度高。

2008年,楊月紅,張慧娜等人[6]將磷石膏、粉煤灰、煤矸石、黃磷渣磨細到100～160目后加水混合,通過均勻攪拌、成型、脫模、靜養(yǎng)、碼垛、常壓自然養(yǎng)護制備出了一種磷石膏免蒸免燒空心磚。其中當磷石膏55%、粉煤灰30%、煤矸石8%、黃磷渣3%加水4%混合均勻制備的空心磚抗壓強度達9.1MPa。過程中粉煤灰、煤矸石本身具有膠凝性,物質中含有的Fe2O3相當于助溶劑,它能提高物質的化學活性,活化后的粉煤灰與磷石膏、煤矸石作用大大提高了產(chǎn)品的強度。生產(chǎn)過程中采用常壓自然養(yǎng)護,成本大大降低。譚克峰,陳德玉[7]將磷石膏(50～70%)與生石灰(5～10%)預混后再與鐵礦渣(10～20%)和粉煤灰(15～25%)混合均勻,按水膠比0.2～0.35比例加水混勻,壓磚機中壓制成型,放入蒸壓釜中120～140℃壓蒸4～7h,制得的磚強度高,實心磚抗壓強度高于15MPa,空心砌塊抗壓強度高于10 MPa。

2009年,楊家寬,謝永中[8]以經(jīng)低壓(0.12 MPa,120℃)蒸汽預處理后的磷石膏為原料制備了墻磚。研究表明,以磷石膏摻量為40%,石灰摻量為15%,復合外加劑摻量為1%,石硝和粉煤灰質量比為2∶1制備的墻磚,其抗折強度達到4 MPa以上,抗壓強度達到23MPa以上,抗凍性優(yōu)良,可用作承重墻材。對該墻磚進行了XRD,SEM 分析,結果表明,墻磚強度主要來源于高強托勃莫來石結晶相,其包裹著磷石膏和骨料,形成了致密的結構。同年,朱釩,付景源等人[9]采用坯體配方為 ：磷石膏 ：60%～85%,建筑垃圾：10%～ 37%,添加劑：1%～8%。其中建筑垃圾為破紅磚、廢棄混凝土、廢瓷磚、廢玻璃的一種或其混合物,添加劑為檸檬酸鈉、甲基纖維素、FDN、生石灰等幾組原料的混合料,通過破碎、球磨、配料、攪拌、陳化、輪碾、壓制、蒸壓等工序制備了一種磷石膏復合蒸壓磚。磚體的抗壓強度達到12～19MPa,抗折強度達到2.7～3.2MPa,磚體耐水性好,磷石膏與建筑垃圾等固體廢棄物含量高達95%。

蒲中云,陳維貴等人[10]以電石渣為中和改性劑,中和磷石膏中的水溶性物質,建筑砂為膠結骨,粒徑小于2mm,添加沸騰爐燃煤渣、鋅冶煉水渣為活性摻合材,通過蒸養(yǎng)激發(fā),使廢渣中的 Fe2O3、A l2O3、CaO、MgO與磷石膏發(fā)生水化反應,并以芒硝或元明粉為激發(fā)劑,壓制成磚坯再蒸汽養(yǎng)護制得蒸壓磷石膏磚,其抗壓強度可達15～30M Pa。夏舉佩,張召述等人[11]采用主體原料為磷石膏,輔助原料包括黃磷爐渣、高爐渣、粉煤灰、煅燒尾礦、煅燒煤矸石、煅燒赤泥生石灰、電石渣中的一種或幾種,制備磷石膏膠凝材料,再配合增強材料黃磷渣,以水玻璃、碳酸鈉、燒堿為活化劑,加助劑木質素磺酸鈣、腐植酸鈉、氟硅酸鈣、氟硅酸鈉、水,按配方計量的原料加入攪拌機成型養(yǎng)護,制得的成品平均抗壓強度達12.45MPa,平均抗折強度達3.2MPa,吸水率為12.33%。生產(chǎn)過程中不添加任何有機物,完全避免了有機材料降解、添加劑釋放、殘留物揮發(fā)造成的有毒物污染問題

(8)2010年,楊步雷[12]介紹了一種生產(chǎn)新型磷石膏磚的工藝方法,生產(chǎn)過程中,原料不經(jīng)炒制,一步法工藝直接利用二水石膏制得成品;生產(chǎn)周期短,只需12～16h;強度高達10～25MP。該磚在水中強度繼續(xù)增加,完全改變了石膏制品本身固有的性質,完全改變了石膏的傳統(tǒng)觀念,該產(chǎn)品可以取代建筑工程中所使用的其它類型磚,如粘土磚,頁巖磚,粉煤灰磚,加氣混凝土砌塊等。

3 結語

用磷石膏生產(chǎn)墻體磚是磷石膏得到綜合選用的有效途徑,磷石膏可變廢為寶,具有良好的經(jīng)濟效益和廣闊的開發(fā)前景。生產(chǎn)墻體磚要綜合考慮建筑墻體對磚的實際要求：質量好,具有高抗壓性,耐水性,低吸水率等,性能穩(wěn)定;工藝簡單,流程短,易成型,生產(chǎn)成本低,成品率高,適合大規(guī)模實際生產(chǎn)應用;避免二次污染等等。隨著國家不斷強化環(huán)保力度,加上墻體磚生產(chǎn)技術的不斷開發(fā),相信磷石膏墻體磚一定會有更加廣闊的市場前景。

[1]張?zhí)毂?池濟亨.磷石膏免燒磚及其生產(chǎn)工藝：中國,1277168[P].2000-12-20.

[2]胡成軍,潘 建,等.磷石膏燒結磚的制備方法：中國,1465540[P].2004-01-07.

[3]董風芝,劉心中.磷石膏空心砌塊的研制[J].建筑石膏與膠凝材料,2004(9)：58～ 59.

[4]李忠金,諶 天.環(huán)保高壓免燒磷石膏磚及其制造方法：中國,1673154[P].2005-09-28.

[5]楊金平.磷石膏高強度墻體磚及其生產(chǎn)方法：中國,1935736[P].2007-03-28.

[6]楊月紅,張慧娜.一種磷石膏免蒸免燒空心磚及其制備方法：中國,101397205[P].2009-04-01.

[7]譚克峰,陳德玉.高強磷石膏墻體材料及采用該材料制磚的方法：中國,101497516[P].2009-08-05.

[8]楊家寬,謝永中.磷石膏蒸壓磚制備工藝及強度機理研究[J].建筑材料學報,2009,12(3)：352～355.

[9]朱 釩,付景源.一種磷石膏復合蒸壓磚及其制備方法：中國,101608483[P].2009-12-23.

[10]蒲中云,陳維貴.一種蒸壓磷石膏磚及其制造方法：中國,101684675[P].2010-03-31.

[11]夏舉佩,張召述.一種用磷石膏基膠凝材料固化黃磷爐渣生產(chǎn)免燒磚的方法：中國,101637936[P].2010-02-03.

[12]楊步雷.磷石膏綜合利用途徑探討[J].貴州化工,2010,35(1)：28～30.