一种基于磷石膏制备的节能保温建材及其制备方法与流程

本发明涉及磷石膏再利用技术领域，更具体地，涉及一种基于磷石膏制备的节能保温建材及其制备方法。

背景技术：

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭储量居世界前列，年产量居世界第一位。煤矸石就是在煤采掘时与煤同时采出的含煤分低的矸石片、矿层、泥沙的混合物，在国内的堆存数量已达到30亿吨左右，占地1.1亿m²，全国煤矿每年新增1亿多吨。如此数量的煤矸石大多露天堆放，经日晒、雨淋、风化、分解，产生大量的酸性水或携带重金属离子的水，下渗损害地下水质，外流导致地表水的污染。此外，近1/3的矸石山由于硫铁矿和含碳物质的存在发生自燃，产生有害有毒气体，严重污染环境。此外，煤矸石堆放不仅对矿区的自然景观造成一定影响，有时会产生滑坡和泥石流现象。因此煤矸石的资源化利用，为众多学者和工程技术人员所关注。但是，煤矸石资源化利用问题，一直没有得到很好解决。

磷石膏是湿法磷酸生产过程中磷矿石和硫酸发生反应而产生的工业废渣，按计算每生产1吨的磷酸将产生4～5吨磷石膏，目前全世界磷石膏每年的排放量达2亿多吨，但磷石膏的利用率未超过10％，磷石膏的处理、处置及综合利用已成为一个世界性的难题。我国磷肥产量居世界第一位，生产高浓度的磷肥(如磷铵、重钙等)需要大量的湿法磷酸，随之也会产生大量的磷石膏废渣。大多数堆存或倾倒，磷石膏的堆放不仅占用大量土地，耗费巨额资金，而且酸性水渗漏污染水源，形成二次污染。但磷石膏中含有丰富的钙、硫，是宝贵的资源。目前世界性硫资源供应紧张，硫磺价格上涨，我国也是一个硫资源相对缺乏的国家，2000年我国硫磺的进口量就达到4mt，加上进口磷肥(按其耗酸折算)已相当于进口硫磺5mt。2005年硫资源对外的依存度已超过了50％。因此，从环境保护和资源利用的角度，磷石膏废渣的处置与利用已迫在眉睫。

目前国内外磷石膏的利用现状是可以做水泥缓凝剂、粉刷石膏、纸面石膏板、空心板、石膏砖、砌块、井下充填、联产水泥和硫酸、筑路材料、制硫酸铵。磷石膏代替天然石膏生产石膏建材时,由于磷石膏呈酸性，会导致建筑构件和生产设备腐蚀。中国已有用磷石膏制石膏板、砌块、建筑用石膏粉等方面的应用，但在磷石膏前期预处理和焙烧等方面依然存在着提纯困难、能耗高等缺陷，影响了产品质量的稳定。采用石膏+碳酸铵制硫酸铵存在问题是副产品碳酸钙杂质质量分数较高。

综上所述，磷石膏大量堆放，占用土地、污染环境，将其资源化利用已是刻不容缓、势在必行。但目前磷石膏的利用依然存在各种困难和问题。

技术实现要素：

本发明提供一种基于磷石膏制备的节能保温建材及其制备方法，生产符合国家标准的混凝土砌块及路面砖，以缓解磷石膏堆存带来的环境污染问题，积极推进磷石膏的资源化利用，具有良好的经济效益和环保效益。

根据本发明的一个方面，提供一种基于磷石膏制备的节能保温建材，所述节能保温建材包括硅酸盐水泥、废玻璃粉、混合陶粒、高炉矿渣粉、磷石膏、碳化硅和减水剂；相对于100重量份的硅酸盐水泥，所述废玻璃粉为5-30份，所述混合陶粒为25-30份，所述高炉矿渣粉为20-25份，所述磷石膏为35-55份，所述碳化硅为15-18份，所述减水剂为4.5-8份。

在上述方案基础上优选，所述混合陶粒的比重小于0.7kg/m3，且所述混合陶粒包括陶粒和陶沙，所述陶粒与所述陶沙分量比为1：1.5，所述陶粒的直径为10-20mm，所述陶沙的直径为3-5mm。

在上述方案基础上优选，所述混合陶粒的孔隙率为50-70％。

本发明还提供了一种制备如上所述节能环保建材的方法，包括以下步骤：

步骤a1.将高炉矿渣粉与磷石膏按比例混合均匀，加入废玻璃粉加水，在常温状态下进行二次混合均匀得到混合体a，且在混合时，以1550-1650rpm的频率进行低频振动混合；

步骤a2.将混合陶粒加热至800-1200℃下，并以7000-8000rpm的频率混合搅拌，按比例将碳化硅以600m/s的速度喷射至混合陶粒中，进行混合2h，得到混合体b；

步骤a3.在常温条件下，将硅酸盐水泥与减水剂按比例混合，再将其与混合体a和混合体b，进行以3000-4500rpm的低频进行振动混合15min，并将混合后混凝土倒入至模具；

步骤a4.模制固化步骤，在固化室中在65±5℃下进行9±1小时的蒸汽润湿固化，脱模。

在上述方案基础上优选，所述步骤a2中，具体步骤为，

步骤a21，将陶粒和陶沙分别加热至800-1200℃下，将陶粒设置与中部，陶沙与碳化硅分别处于陶粒的两侧；

步骤a22，将陶沙和碳化硅分别以600m/s的速度相向喷射至陶粒中混合。

在上述方案基础上优选，在所述步骤a21中，所述陶粒处于平铺状态。

在上述方案基础上优选，所述蒸汽润湿固化中的温度变化每小时达到15℃以下。

在上述方案基础上优选，在步骤a3中，还可以添加片状玻璃纤维，相对于相对于100重量份的硅酸盐水泥，所述玻璃纤维为8-10份。

在上述方案基础上优选，所述玻璃纤维为物件玻璃纤维丝。

本发明的一种基于磷石膏制备的节能保温建材，通过利用高炉矿渣粉中的氧化钙与磷石膏结合，形成氢氧化钙，并结合废玻璃粉中的氧化硅和氧化铝进行缓慢反应形成水合硅酸盐或水合铝酸钙，以使混凝土的结构更致密并增强混凝土的强度，与此同时，利用碳化硅与混合陶粒结合，以增强其整体的强度、降低其质量，并提高其防火隔音效果。

附图说明

图1为本发明的基于磷石膏制备的节能保温建材的生产流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的中涉及的硅酸盐水泥，为普通硅酸盐水泥，中热硅酸盐水泥，粗钢硅酸盐水泥，低热硅酸盐水泥，耐硫酸盐硅酸盐水泥中的一种。在本发明中，使用普通硅酸盐水泥，并且普通波特兰水泥是广泛用于建筑的水泥，其主要成分为硅酸三钙3cao·sio2，硅酸二钙2cao·sio2，铝酸三钙3cao·al2o3和铁铝酸四钙4cao·al2o3·fe2o3比表面积约为450m²/kg。

本发明涉及废玻璃粉是具有至少70％具有潜在水硬性的化学成分的二氧化硅(sio2)成分，并且当与硅酸盐水泥的水合反应被激活时，硅酸盐水泥中的火山灰作用被激活，以增强其强度和可加工性。

而实验室当废玻璃粉的含量小于5重量份时，抗压强度降低，而当其超过30重量份时，抗压强度和可加工性劣化。

本发明的高炉炉渣粉也是二氧化硅(sio2)成分的35％以上。因此，高炉矿渣还与硅酸盐水泥水合时激活了火山灰作用，从而改善了粘结性，增强了强度并有助于改善可加工性。

本发明的二氧化硅组分本身不具有硬化性，但是因为它具有在室温下在水的存在下与氢氧化钙反应以生成稳定的不溶性化合物，并将其固化的性质。高炉矿渣中的氧化钙成分与水反应形成氢氧化钙，并与从废玻璃粉中洗脱的二氧化硅和氧化铝缓慢反应成不溶性钙。形成水合硅酸盐或水合铝酸钙以使结构更致密，并有助于混凝土的强度提高。

本发明的磷石膏其主要成分是二水硫酸钙，使用时，可以通过磷石膏-高炉炉渣粉进行水合反应，其一方面可以大量的实现磷石膏的重复再利用，另一方面，在本申请的建筑材料中，通过适合反应，形成水合硅酸盐或水合铝酸钙以使结构更致密，并有助于混凝土的强度提高。

而本发明的碱活化剂是影响建材强度的因素，可以使用选自碱金属氢氧化物，氯化物，氧化硫和碳酸盐中的任何一种或两种或更多种混合物，优选碳酸钠和碳酸氢盐。就强度发展而言，使用碳酸钠是最有利的。

当减水剂的含量小于4.5重量份或大于8重量份时，快速固化的粘合剂粉末的强度可能降低。

而本发明的混合陶粒为普通的陶粒，陶粒的比重小于0.7kg/m³，陶粒的比重直接影响成型后的建材比重。值得说明的是，本发明的混合陶粒包括陶粒和陶沙，陶粒与所述陶沙分量比为1：1.5，陶粒的直径为10-20mm，陶沙的直径为3-5mm，且混合陶粒的孔隙率为50-70％。

本发明的一种基于磷石膏制备的节能保温建材，通过利用高炉矿渣粉中的氧化钙与磷石膏结合，形成氢氧化钙，并结合废玻璃粉中的氧化硅和氧化铝进行缓慢反应形成水合硅酸盐或水合铝酸钙，以使混凝土的结构更致密并增强混凝土的强度，与此同时，利用碳化硅与混合陶粒结合，以增强其整体的强度、降低其质量，并提高其防火隔音效果。

本发明还提供了一种制备如上所述节能环保建材的方法，包括以下步骤：

步骤a1.将高炉矿渣粉与磷石膏按比例混合均匀，加入废玻璃粉加水，在常温状态下进行二次混合均匀得到混合体a，且在混合时，以1550-1650rpm的频率进行低频振动混合；

步骤a2.将混合陶粒加热至800-1200℃下，并以7000-8000rpm的频率混合搅拌，按比例将碳化硅以600m/s的速度喷射至混合陶粒中，进行混合2h，得到混合体b；

步骤a3.在常温条件下，将硅酸盐水泥与减水剂按比例混合，再将其与混合体a和混合体b，进行以3000-4500rpm的低频进行振动混合15min，并将混合后混凝土倒入至模具；

步骤a4.模制固化步骤，在固化室中在65±5℃下进行9±1小时的蒸汽润湿固化，脱模步骤。

其中，本发明的步骤a2中，具体步骤为，

步骤a21，将陶粒和陶沙分别加热至800-1200℃下，将陶粒设置与中部，陶沙与碳化硅分别处于陶粒的两侧；

步骤a22，将陶沙和碳化硅分别以600m/s的速度相向喷射至陶粒中混合。

优选的是，为了保证陶粒完全与碳化硅充分渗入，本发明在进行操作步骤a21时，将陶粒进行平铺，将碳化硅以600m/s的速度喷射至陶粒表面，利用陶粒的孔隙率较大的状态，将碳化硅渗入其内，然后，利用陶沙以调整其整体的混合间隙，从而提高其防火隔热及高强度的性能。

优选的是，蒸汽润湿固化中的温度变化每小时达到15℃以下。

并且为了进一步提高其整体的防火性能，本发明还可以在在步骤a3中，添加片状玻璃纤维，相对于相对于100重量份的硅酸盐水泥，所述玻璃纤维为8-10份，优选的是玻璃纤维为物件玻璃纤维丝。

为了验证本发明的建材性能，以下以具体实验数据进行说明。

实施例1

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。