煅烧磷石膏用作水泥缓凝剂试验*

2016-12-15谭明洋相利学李国龙

现代矿业 2016年11期

关键词：缓凝剂石渣共晶

谭明洋相利学,2 李国龙

(1.金正大生态工程集团股份有限公司；2.金正大诺泰尔化学有限公司；3.贵州省磷化工清洁生产工程技术研究中心)

煅烧磷石膏用作水泥缓凝剂试验*

谭明洋1相利学1,2李国龙3

(1.金正大生态工程集团股份有限公司；2.金正大诺泰尔化学有限公司；3.贵州省磷化工清洁生产工程技术研究中心)

利用乙炔生产过程中产生的电石渣中和磷石膏，并在400 ℃下煅烧1 h，将此煅烧改性磷石膏用作水泥缓凝剂配制硅酸盐水泥。与天然石膏对比发现，其作水泥缓凝剂的应用性能与天然石膏无异，且对水泥强度有一定的促进作用，而常见水洗+石灰中和处理磷石膏水泥凝结时间较天然石膏明显延长，并对其作用机理进行了分析。

磷石膏碱中和煅烧水泥缓凝剂

磷化工生产过程中排出的磷石膏，已经成为制约磷复肥料行业发展的重要因素之一[1]，磷石膏成分复杂、产品不稳定的特点也使其成为化学副产石膏中最难利用的固废。众多研究院所对磷石膏的应用投入了大量的人力和物力，取得了突破性的进展，但大都因为净化成本高、工艺复杂等原因，尚未得到规模化应用。

低附加值产品是磷石膏利用的主要拓展方向，而用作水泥缓凝剂是利用方向之一。据国家统计局公布，2015年全国水泥产量约23.48亿t，若按照3%～4%的掺加量计算，每年磷石膏作水泥缓凝剂的用量超过8 000万t，用量非常可观。目前，国内外大都采用水洗加碱中和的方式处理磷石膏[2-3]，但此方法不仅浪费大量水资源，且仅能消除水溶性磷氟的影响，不能消除共晶磷的影响，因此与天然石膏相比，其制备的水泥的凝结时间仍然有所延长[4]。为此，试验采用碱中和+煅烧工艺制备出了应用性能与天然石膏无异的磷石膏水泥缓凝剂产品。

1 磷石膏改性煅烧

电石渣是乙炔气体生产过程中产生的工业固废，其主要成分是氢氧化钙，所用电石渣主要成分分析见表1。利用其有效氢氧化钙组分对磷石膏进行碱中和处理，陈化1 d后，采用400 ℃煅烧处理，得到煅烧改性磷石膏，具体流程见图1。常见的水洗+石灰处理方法是将磷石膏经过大量水洗至无漂物，然后调整酸碱度到一定数值。磷石膏改性前后其主要指标含量变化对比见表2。

表1 电石渣成分分析结果 %

图1 磷石膏煅烧改性流程

由表2可知，采用电石渣加水搅拌混匀可使磷石膏得到有效中和，提高了磷石膏的pH值，使可溶性磷氟变成难溶性物质，消除了大部分可溶性磷氟的影响，而陈化1 d后使该处理过程得到进一步增强；经过煅烧磷石膏发生了相变过程，由二水石膏转变成无水石膏，而电石渣的掺加使其SO3含量并未提高太多；普通水洗+石灰中和处理，可有效降低可溶性磷、氟含量。

表2 磷石膏改性前后其主要指标含量变化对比

2 煅烧磷石膏对水泥性能的影响

分别采用原二水磷石膏、煅烧磷石膏和常见的水洗+石灰处理样品作为水泥缓凝剂进行试验，并与天然石膏进行对比，研究不同磷石膏对水泥性能的影响。控制SO3含量为2.3%，水泥粉磨至比表面积为(350±10)m2/kg，试验结果见表3，其中对比天然石膏SO3含量为45.5%。

表3 改性前后磷石膏作水泥缓凝剂对水泥性能的影响

由表3可知，煅烧磷石膏凝结时间与天然石膏无异，原磷石膏凝结时间过长，已远超出国家标准，但强度结果与天然石膏差别不大，而煅烧磷石膏水泥的强度较天然石膏有一定的提高；水洗+石灰处理磷石膏，在凝结时间上比原磷石膏已经相对好很多，但比天然石膏初凝时间延迟70 min，主要是因为水洗和石灰无法消除其中共晶磷和部分难溶氟，在水泥水化过程中，共晶磷以及部分难溶磷、氟会释放，随即与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应，生成难溶的氟磷钙盐附着在水泥熟料表面，减缓了水泥的水化速度。

采用电石渣作碱性材料可以中和磷石膏中的水溶性磷氟，提高磷石膏水泥缓凝剂的酸碱度，经过400 ℃煅烧，磷石膏在晶体转变过程中，共晶磷得到有效释放，在高温及碱性环境下释放变成了难溶磷。因此，煅烧磷石膏中磷、氟的形态对水泥的应能产生的影响减小。