钢渣微粉改性磷石膏试验研究

陈 勇,解鹏洋

(中国新型建材设计研究院有限公司,浙江 杭州 310022)

磷石膏是生产湿法磷酸的副产品,我国每年磷石膏的排放量在5000万吨左右,累计堆存量超过2亿吨。由于磷石膏呈酸性且含有P2O5等有害成分,储存和利用受到很多限制[1-2]。目前磷石膏的利用途径成本高且制品性能不理想,消纳量又远小于新增排放量,而磷石膏堆放容易又对水体和土壤造成污染,磷石膏综合利用的难题一直困扰着人们。

本文针对磷石膏的特点,探索利用钢渣微粉中残余的活性石灰中和磷石膏的酸性,同时改善磷石膏的颗粒级配分布,以降低建筑石膏的标准稠度用水量,进而改善其制品的性能[3-4]。磷石膏和钢渣同为工业副产物,都存在排放量大和难以消容的问题,钢渣微粉改性磷石膏可以同时消纳二者,减少对环境的污染,同时产生一定的经济效益,这对时下倡导的绿色循环经济是一个十分有益的促进。

1 试验

1.1 原材料

钢渣微粉：上海某钢厂炼钢排出的熔渣,粉磨后比表面积460m2/kg,pH值>14,f-CaO=5.32%。

磷石膏：安徽某磷肥厂生产湿法磷酸时排放出的副产品。新下线磷石膏pH值2.1,品位89%,P2O5=2.21%,水溶性P2O5=0.66%。堆场磷石膏pH值4.0,品位90%,P2O5=1.26%,水溶性P2O5=0.25%。

1.2 试验方法

钢渣微粉改性磷石膏,可以预先掺入磷石膏,也可以直接掺入建筑石膏。在磷石膏中掺入钢渣微粉,陈化后粉磨煅烧,分散效果相对较好。

(1)钢渣微粉按照0%、10%、20%和30%的比例分别掺入新下线磷石膏和堆场磷石膏,拌匀陈化一周,烘干粉磨后过0.2mm方孔筛。

(2)过筛粉料在托盘中摊平,厚度不超过10mm,置于(160±5)℃烘箱中煅烧约1h,控制残余结晶水3.5%～4.5%,所得建筑石膏装袋密封陈化24h。

(3)建筑石膏按照GB/T 9776-2008《建筑石膏》测试标准稠度用水量。

(4)建筑石膏按照标准稠度用水量各制备2组6条试件,试件大小为160mm×40mm×40mm,其中1组置于(20±3)℃、(65±10)RH%环境下养护2h,另1组置于(20±3)℃、(65±10)RH%环境下养护2h后立即移入(40±3)℃烘箱中恒量。测试试件的抗折强度和抗压强度。

(5)新下线磷石膏和堆场磷石膏直接干燥粉磨,过0.2mm方孔筛,过筛粉按(2)进行处理,再按(1)中的比例将钢渣微粉掺入建筑石膏中,依照(3)、(4)进行测试。

2 试验结果与分析

2.1 钢渣微粉掺量和掺入方式对新下线磷石膏性能的影响

钢渣微粉掺量和掺入方式对新下线磷石膏强度等性能有明显的影响。制备了7组建筑石膏,并对这7组建筑石膏的性能进行了测试,测试结果如下表1所示。

如表1所示,随着钢渣微粉掺量的增加,新下线磷石膏pH值接近中性乃至弱碱性。标准稠度用水量有所降低,掺量为20%时,降幅达到10%,掺量继续增加影响不敏感。2h强度和绝干强度随着钢渣微粉掺量的增加均有明显的提高,钢渣微粉掺量为20%时,强度增幅明显,超过30%,掺量继续增加影响不敏感。强度的提高很大程度是标准稠度用水量下降所致。

表1 钢渣微粉掺量和掺入方式对新下线磷石膏性能的影响

钢渣微粉预混入磷石膏的改性效果比掺入建筑石膏要明显,标准稠度用水量降幅相差3%,绝干强度提升幅度相差10%。这缘于钢渣微粉预混入的分散效果更好,对磷石膏颗粒级配有更加明显的改善。

2.2 磷石膏陈化对磷石膏改性效果的影响

试验表明钢渣微粉对新下线磷石膏的改性效果要比堆场磷石膏明显,绝干强度提高幅度高10%。这缘于新下线磷石膏酸性强,P2O5含量较高,钢渣微粉使pH值转变为中性甚至弱碱性,影响强度的水溶性P2O5转变成难溶性磷酸盐,钢渣微粉对其改性效果的十分显著。堆场磷石膏经过雨水冲刷,酸性降低且部分P2O5进入地表泾流而使其含量降低,钢渣微粉的改性效果相较新下线磷石膏要弱。

3 结论

(1)钢渣微粉的掺入可以明显提高磷石膏的强度,预混入磷石膏陈化,增强效果更显著,强度升幅达30%以上。

(2)钢渣微粉对新下线磷石膏和堆场磷石膏有很好的改性效果,但新下线磷石膏酸度大且限制成份略高,因此其对新下线磷石膏增强效果要更显著。