钢渣改性磷石膏做水泥缓凝剂的研究.docx

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1、钢渣改性磷石膏做水泥缓凝剂的研究由于原状磷石膏直接加入水泥中会导致水泥过度缓凝，因此提出了用钢渣改 性磷石膏的试验方案，结果表明，掺加5%10%左右的钢渣时，能够最大程度 地降低磷石膏中的杂质对水泥性能的影响，并且改性体具有一定的强度，有利于 运输和计量。引言磷石膏是磷酸或磷肥工业以及某些合成洗涤剂产业排放的废渣，是一种多组 分的复杂结晶体，其主要成分为CaS042H20o磷石膏的颜色因其中含杂质的不 同而不同，主要有灰色、灰白色和灰黄色等。磷石膏中的杂质多为可溶性的，如 可溶性磷、氟等，同时还含有一些共晶磷和有机物，这些杂质导致了原状磷石膏 替代天然石膏直接用作水泥缓凝剂时，水泥过分缓凝。另

2、外原状磷石膏的含水率 很高，可达20%30%,如果直接应用容易堵塞下料仓，这些因素都决定了要对 原状磷石膏进行预处理，常用的预处理方法有水洗法、石灰中和法等。钢渣是一种碱性较强的工业废渣，且钢渣中还含有C2S、C3S等活性成分, 本文利用钢渣的碱性中和磷石膏中的可溶性磷，减少这些杂质对水泥性能的危 害，同时钢渣中活性成分的存在还可以提高改性体的强度，便于改性体的运输和 计量。1试验原料及试验方法1.1 试验原料原状磷石膏取自湖北省黄麦岭磷化工集团，为含水率为12%15%的粉状固 体，外观为浅灰色，使用前将原状磷石膏于40下烘干24h0天然石膏取自华 新阳新水泥厂。熟料取自华新黄石水泥厂，使用前

3、用实验小磨粉磨40min,测定 勃氏比表面积为320.4m2kgo钢渣为昆钢钢渣，在IloC烘箱内烘干24h后， 用实验小磨粉磨40min,测定勃氏比表面积为308.2m2kgo原料的化学成分见 表1,磷石膏中P2O5含量1.10%, F含量0.20%c表1原料的化学成分名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3E磷石膏12.913.231.090.3136.520.0642.2896.40天然石膏21.250.680.430.1833.323.9537.3697.17熟料21.385.243.4664.952.150.3997.57钢渣4.1912.977.4622.4839

4、.085.9392.111.2 改性体的制备方法将粉磨后的钢渣和原状磷石膏在胶砂搅拌机中干混3min,加入一定量的水 后，再湿混3min,将混合均匀的物料加入50mm的圆柱体试模，在抗压强度 试验机上加载至IOMPa,并维持压力2min,然后解除压力，利用千斤顶将试件 顶出。试件在自然条件下洒水养护7d后破碎研磨，测定改性体中的SO3含量。1.3 试验方法水溶性P2O5的测定按照GB/T23456-2009磷石膏进行。SO3的测定按 照GB/T5484-2000石膏化学分析方法进行。PH值的测定：将待测样按照 水固比3:1的比例与蒸偏水混合，充分搅拌后放置15min,过滤，滤液用精密 PH计测

5、定PH值。2钢渣改性磷石膏对水泥物理性能的影响2.1 原状磷石膏对水泥常规性能的影响表2中NG为掺加天然石膏的水泥，PG为掺加原状磷石膏的水泥。可以 看出，在SO3含量相等时，直接掺加原状磷石膏的水泥凝结时间比掺加天然石 膏的水泥延长70min左右，强度有所降低。表2原状磷石膏对水泥常规性能的影响编号水泥配比/%准度水/% 标稠用量凝结时间 min抗折强度 /MPa抗压强度 /MPa天然 石膏磷石 膏熟料矿渣初凝终凝3d28d3d28(1NG50801523.61381946.28.522.447.7PG04.480.61523.62082735.88.021.844.72.2 不同掺量的钢渣

6、对磷石膏性能的影响试验了不同钢渣掺入量对磷石膏PH值、可溶性磷、S03含量以及强度的影 响，结果如表3所示。由表3可以看出，原状磷石膏呈现弱酸性，钢渣呈现 出强碱性，当钢渣掺量超过10%之后，继续增大钢渣的掺量对磷石膏的PH值 和可溶性杂质影响不大。如果继续增大钢渣的掺量，还会使得改性体的SO3含 量过低，同时改性体的强度也无明显的增大，这说明钢渣中含有一定量的活性物 质可以提高改性体的强度，但是这些物质的活性有限，因此不能无限制地增大钢 渣的掺量。钢渣掺量为10%时，改性体的7d抗压强度可达2MPa左右，这样 既方便了改性体的运输，同时也解决了原状磷石膏含水量太大容易堵仓的问题。表3不同掺量

7、的钢渣对磷石膏性能的影响钢渣 /%磷石膏 /%PH值可溶磷 /%SO3 /%7d抗压强度 /MPaIOO013.1501005.550.0742.30.75958.770.0241.31.5109010.280.0138.92.1158510.480.0136.42.0208010.900.0134.72.12.3不同钢渣掺量的改性磷石膏对水泥性能的影响将改性后的磷石膏研磨过筛后，按照表4的比例配料，测试水泥的物理性 能。表4中的PG1、PG2、PG3和PG4分别为掺加钢渣5%、10%、15%和120% 的改性磷石膏，按照与5%天然石膏SO3含量相等的原则确定出不同钢渣掺量 的改性体在水泥中的

8、掺量。由表4可以看出，在钢渣掺量超过10%之后，凝结 时间变化不大，在钢渣掺量为20%时，凝结时间还有所增长。另外随着钢渣掺 量的增大，水泥的28d强度呈现出下降的趋势，因此确定钢渣的掺量应在10% 以下。表4不同钢渣掺量的改性磷石膏对水泥物理性能的影响编号水泥配比/%准度水/% 标稠用量凝结时间Zmin抗折强度 /MPa抗压强度 /MPa改性体熟料伊沿初凝终凝3d28(13d28(1PGl4.580.51524.71562IX5.38.622.841.0P(；24.880.21524.81452()44.67.821.739.6P(35.179.91524.S1472114.77.621.3

9、34.5I,(45.479.61524.81602354.17.718.233.6以上试验结果表明，掺加钢渣改性后的磷石膏的水泥凝结时间较掺原状磷石 膏的有所缩短，其中钢渣掺量为10%时，水泥的凝结时间已与掺加天然石膏时 相差不大，但是28d强度仍然低于掺加天然石膏的水泥，并且随着钢渣掺量的 增大,28d抗压强度出现继续下降的趋势,所以可以得出，用钢渣改性磷石膏时， 钢渣的掺量不应超过10%o3改性机理磷石膏中的杂质主要有可溶磷、共晶磷以及一些有机物等，钢渣改性磷石膏 主要是利用钢渣的碱性中和磷石膏中的可溶磷使其成为对水泥性能无害的物质。 对比图1和图2可以发现，掺加10%钢渣后，钢渣中的Ca

10、(OH)2与磷石膏中 的可溶性P2O5反应生成了难溶的Ca3(PO4)2,降低了这些可溶性杂质对水泥凝 结时间的影响；同时从表3也可以看出，在钢渣掺量为10%时，7d后改性体中 已经几乎检测不到可溶性磷，但是由于钢渣改性消除的是可溶性磷的影响，共 晶磷和有机物的影响并没有消除，所以掺加改性体的水泥凝结时间比直接掺加天 然石膏的水泥还是稍有延长。同时钢渣中含有一些和水泥熟料相类似的矿物，具有潜在的活性，石膏可以 激发钢渣的活性加速钢渣的水化，从而使得改性体可以产生一定的强度，方便了 改性体的运输和计量。图1原状磷石膏XRD图图2掺加10%钢渣的磷石膏XRD图4结论1）原状磷石膏不宜直接作为水泥缓凝剂使用，直接掺加原状磷石膏一方面会 导致水泥过度缓凝，另一方面原状磷石膏中水分含量较大，容易堵塞下料仓。2）掺入5%10%的钢渣,陈化一段时间之后，可以有效降低原状磷石膏 中的可溶性杂质的影响，并且改性体具有一定的强度，7d抗压强度可达2MPa 左右。3）钢渣掺量并非越大越好，当掺量大于10%后，并不能大幅度提高改性体的强度，反而还会导致水泥28d强度的降低。