一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法与流程

本发明涉及道路材料应用领域，特别涉及一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法。

背景技术：

1、磷石膏是湿法磷酸浸出过程的工业副产物，每生产1吨磷酸将产生4-6吨的磷石膏。2021年我国磷石膏产生量约为8000万吨，资源综合利用率45.6％。磷石膏堆存占用大量的土地资源，未经无害化的磷石膏中残留的有害成分、重金属离子等，经过风化和雨水的冲刷，可能会渗透到土壤和地下水中，从而导致植被死亡、土壤污染、种植功能退化和地下水污染等；是限制磷化工企业可持续发展的因素之一，因此加强对磷石膏的治理和综合利用十分必要。

2、目前湿法磷酸生产工艺可分半水法、二水法和半水-二水法等，不同生产工艺产生的磷石膏成份不同，半水湿法磷酸工艺产生的磷石膏主要成份为caso4·1/2h2o(以下简称“半水磷石膏”)，二水湿法磷酸工艺产生的磷石膏主要成份为caso4·2h2o(以下简称“二水磷石膏”)，半水-二水湿法磷酸工艺产生的磷石膏为半水磷石膏和二水磷石膏的混合物。由于具有低能耗、可产出磷酸浓度高等的优势，半水湿法工艺是未来磷酸生产的发展趋势。

3、道路工程建设，在土基到路面面层之间的垫层和基层结构约50-100cm厚，其建设施工需消耗大量建筑材料；利用半水磷石膏制备道路基层用稳定材料，可大宗消纳半水湿法磷石膏且可充分发挥利用半水磷石膏气硬特性。

4、当前已有少部分关于半水磷石膏应用的技术开发，如：cn 106915941 b公开了一种使用半水磷石膏制备矿井充填材料的方法，该方法以工业副产半水磷石膏、磷尾矿、水泥为原料，按一定比例混合后制得，其利用半水磷石膏作为胶凝材料，水泥调节充填材料的ph值，并提供部分强度，磷尾矿作为骨料，制备出了具有早期强度高，泌水性好、流动性好的矿井充填材料。cn 103771820a发明公开了一种可提高路面基础无侧限抗压强度的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料，该路面基层材料原料按重量百分配比组成为新鲜半水磷石膏20-80％、生石灰3-10％、红色粉煤灰或褐色粉煤灰10-75％，该法所用的原料主要为工业副产品，利用其作为道路材料使用，不仅可使半水磷石膏这种难以利用的工业副产品得以大量消化利用，而且能节省堆存土地，降低成本，利于自然资源和环境保护，施工工艺简单、可靠，适合于一般道路和高等级公路的基层和底基层的修筑。

5、目前对针对原态半水磷石膏发挥其气硬性能的资源化利用研究较少，以原材料稳定存放、便于施工、对环境无污染、产品各项性能指标满足设计等为核心指标，针对可大规模消纳半水磷石膏的道路基层稳定材料的开发具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有半水磷石膏资源化利用存在的问题，提供了一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法。

2、本发明实现方式：一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)一次改性：将一次改性剂加入到半水磷石膏中进行充分混合，一次改性剂的加入量能够确保一次改性后混合物浸出液的ph值在5.0-6.0之间。由于半水磷石膏未改性时浸出液的ph值在3.0左右，存在大量的有害物质，通过一次改性使混合物浸出液ph值控制在5.0-6.0之间，在混合物陈化的同时保持其稳定，不发生转晶、结块等。(2)一次陈化：将一次改性后的混合物陈化5-10天。一次改性后混合物陈化5-10天后，混合物中的半水磷石膏结晶水含量变化量将超过0.5％，此时，转晶时间加快，容易结块硬化，所以一次陈化时间在5-10天后要立即进行二次改性。(3)二次改性：将生石灰加入到一次陈化后的混合物中进行充分混合，生石灰的加入量能够确保二次改性后的混合物浸出液的ph值在8.0-9.0之间；(4)二次陈化：将二次改性后的混合物陈化1-2天。二次陈化主要是为了充分将有害成分固化。(5)强制搅拌：向二次陈化得到的混合物中加入水，使二次陈化得到的混合物中附着水含量在16％-17％之间，使用强制式搅拌机进行充分混合，混合时间不低于10min。在强制搅拌过程中通过在线检测，确保二次陈化后的混合物中附着水含量在16％-17％之间。(6)压实：采用机械压实法施工成型，压实系数不低于0.94；(7)养护：施工完成后采用薄膜和土工布覆盖封闭养护时间不少于7天，得到无害化半水磷石膏道路基层稳定材料。本发明中半水磷石膏为半水湿法磷酸工艺产生的半水磷石膏。

4、优选的，所述一次改性剂为石灰石粉，所述石灰石粉中碳酸钙含量不低于75％。

5、优选的，所述一次改性剂为高钙粉煤灰，所述高钙粉煤灰中氧化钙含量不低于15％。

6、优选的，所述半水磷石膏中附着水含量不高于17％；

7、优选的，所述生石灰中氧化钙含量不低于75％。

8、优选的，所述一次改性剂为高钙粉煤灰和石灰石粉的混合物。

9、优选的，所述一次改性中，一次改性剂分次加入到半水磷石膏中进行混合，通过在线检测确保一次改性后混合物浸出液的ph值在5.0-6.0之间。由于半水磷石膏性质复杂，可能存在均一性问题，通过分次加入一次改性剂，在线检测一次改性后的浸出液ph值，能更好的控制一次改性后混合物浸出液ph值在5.0-6.0之间。

10、优选的，所述二次改性中，生石灰分次加入到一次陈化后的混合物中，通过在线检测确保二次改性后混合物浸出液的ph值在8.0-9.0之间。由于半水磷石膏性质复杂，可能存在均一性问题，通过分次加入生石灰，在线检测二次改性后混合物浸出液ph值，能更好的控制二次改性后混合物浸出液ph值在8.0-9.0之间。

11、本发明的有益效果：(1)本发明半水磷石膏的资源化利用率高，通过两次改性两次陈化实现对半水磷石膏的无害化，保障在道路基层使用中半水磷石膏稳定材料在雨水冲刷等不利条件下的浸出液有害成分不超过相关环保标准要求，对环境无污染。(2)通过控制半水磷石膏附着水含量和一次改性ph值，可实现半水磷石膏稳定存放的需求，在一次陈化存放期间半水磷石膏的转晶现象得到了控制。(3)采用本发明一次改性方式，半水磷石膏在一次陈化的5-10天内与水反应速率受到限制，半水磷石膏转变为二水磷石膏的比例可控制在15％以内，存放过程中结块等不利于应用的现象得到有效解决，同时半水磷石膏气硬性能得到有效的保存和发挥，大幅度提升了所制备的道路基层稳定材料的性能指标。(4)本发明制得的无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的7天无侧限抗压强度最高可达到5.0mpa，干湿循环4次强度无损失、质量损失率不高于5％，各项性能满足大多数道路基层应用场景的需求。(5)通过在线检测半水磷石膏附着水含量、改性后半水磷石膏ph值，能够更精确的控制一次改性剂、生石灰的使用量，以应对半水磷石膏均一性差、无害化工艺参数需实时调整的问题。(6)本发明工艺简单可行，生产成本低，可规模化实现半水磷石膏的资源化应用，具有较好的环境、经济和社会效益。

技术特征：

1.一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)一次改性：将一次改性剂加入到半水磷石膏中进行充分混合，一次改性剂的加入量能够确保一次改性后混合物浸出液的ph值在5.0-6.0之间；(2)一次陈化：将一次改性后的混合物陈化5-10天；(3)二次改性：将生石灰加入到一次陈化后的混合物中进行充分混合，生石灰的加入量能够确保二次改性后的混合物浸出液的ph值在8.0-9.0之间；(4)二次陈化：将二次改性后的混合物陈化1-2天；(5)强制搅拌：向二次陈化得到的混合物中加入水，使二次陈化得到的混合物中附着水含量在16％-17％之间，使用强制式搅拌机进行充分混合，混合时间不低于10min；(6)压实：采用机械压实法施工成型，压实系数不低于0.94；(7)养护：施工完成后采用薄膜和土工布覆盖封闭养护时间不少于7天，得到无害化半水磷石膏道路基层稳定材料。

2.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，所述一次改性剂为石灰石粉，所述石灰石粉中碳酸钙含量不低于75％。

3.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，所述一次改性剂为高钙粉煤灰，所述高钙粉煤灰中氧化钙含量不低于15％。

4.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，所述半水磷石膏中附着水含量不高于17％。

5.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，所述生石灰中氧化钙含量不低于75％。

6.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，其特征在于，所述一次改性剂为高钙粉煤灰和石灰石粉的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，所述一次改性中，一次改性剂分次加入到半水磷石膏中进行混合，通过在线检测确保一次改性后混合物浸出液的ph值在5.0-6.0之间。

8.根据权利要求1所述的一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，所述二次改性中，生石灰分次加入到一次陈化后的混合物中，通过在线检测确保二次改性后混合物浸出液的ph值在8.0-9.0之间。

技术总结
本发明提供一种无害化半水磷石膏道路基层稳定材料的制备方法，该方法以半水湿法磷酸工艺产生的半水磷石膏为原料，采用石灰石粉或高钙粉煤灰对半水磷石膏进行一次改性，经一次陈化后再采用生石灰对半水磷石膏进行二次改性，经二次陈化后的半水磷石膏可用作道路基层稳定材料，一次通过强制搅拌、压实、养护后形成无害化半水磷石膏道路基层稳定材料。本发明通过两次改性和两次陈化实现对半水磷石膏的无害化，所制稳定材料各项性能满足大多数道路基层应用场景的需求，保障在道路基层使用中半水磷石膏稳定材料在雨水冲刷下的浸出液有害成分不超过相关环保标准要求，对环境无污染。

技术研发人员：潘荣伟,农玉伯,林华,刘利,廖波,陈伟
受保护的技术使用者：广西建筑材料科学研究设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16