[发明专利]一种改性磷渣微粉及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性磷渣微粉及其应用，属于废渣利用及建筑材料领域。

背景技术

磷渣是电炉法生产黄磷时产生的一种工业废渣，每生产一吨黄磷要排放8～10吨的磷渣。目前贵州省磷渣年排放量约200多万吨，历年堆存量在1000多万吨。大部分磷渣露天堆放，不仅占用大量耕地，而且经雨水淋洗，其中的磷、氟逐渐溶出，渗入地下，污染水源，影响植物生长，严重危害人类健康，因此对其加以有效的、合理的利用，符合全国循环经济的大政方针。

目前磷渣微粉生产企业，如贵州力邦超细微粉有限公司、贵阳国华天成微粉有限公司等（累计产量达到100多万吨），均采用将磷渣直接磨细后销售。磷渣微粉的一个重要用途就是掺入水泥，代替部分水泥，降低混凝土成本。由于磷渣微粉中含有P₂O₅及F等，_，加之未很好地激发磷渣微粉的潜在水凝性，在实际应用过程中会导致混凝土强度（抗压、抗折强度）不高；而且磷渣微粉的实际掺量仅在10%左右，建筑行业标准JGJ/T241—2011《人工砂混凝土应用技术规程》也要求磷渣微粉的掺量不能大于20%，使得磷渣微粉的利用率不高，严重制约了磷渣微粉的综合利用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种改性磷渣微粉及其应用。本发明能够提高磷渣微粉在水泥中的掺入量，并且使磷渣微粉在水泥中的内掺量达到30%时，其28天抗折、抗压强度与不掺磷渣微粉的水泥砂浆的强度基本一致；加强废渣的综合利用，减少土地占用和环境污染；还能降低水泥水化热，节约水泥用量，降低混凝土成本。

本发明是这样实现的：一种改性磷渣微粉，按重量百分比计算，是由98%～92%的磷渣微粉和2%～8%的硫酸盐改性剂混合、磨细制成的。

按重量百分比计算，前述的改性磷渣微粉优选由96%的磷渣微粉和4%的硫酸盐改性剂混合、磨细制成。

前述的改性磷渣微粉中，硫酸盐改性剂采用天然硬石膏。

前述的改性磷渣微粉中，作为硫酸盐改性剂的天然硬石膏中SO₃的含量大于45%。 

前述的改性磷渣微粉中，磨细后的改性磷渣微粉的比表面积不小于350m²/kg。

前述改性磷渣微粉在制备混凝土中的应用。

前述的改性磷渣微粉的应用中，所述混凝土是由水硬性胶凝材料和碎石、砂子、水及表面活性剂制备而成；按重量百分比计算，其中所述水硬性胶凝材料由改性磷渣微粉10%～30%和水泥90%～70%组成。

前述的改性磷渣微粉的应用中，按重量百分比计算，所述水硬性胶凝材料由改性磷渣微粉30%和水泥70%组成。

以下是发明人为完成本发明所进行的主要研究和筛选试验。

一、改性剂的筛选

磷渣的XRD分析表明，磷渣的玻璃体含量高达90%，故其具有一定的潜在水凝性，但需要通过碱性激发剂或酸性激发剂激发其潜在水凝性。由于碱性激发剂激发磷渣容易带入碱金属而导致水泥碱含量过高，可能引起混凝土发生碱集料反应而破坏混凝土结构的后果；并且氢氧化钾、氢氧化钠等碱性激发剂的价格相对较高；生石灰容易消解结块，不易保存，且试验表明其改性效果不好，因此本发明通过试验研究，确定采用硫酸盐改性剂，来对磷渣微粉进行改性，激发其潜在水凝性。

硫酸盐改性剂包括天然硬石膏、半水石膏、二水石膏、硫酸钠和硫酸钾等。如果选用硫酸钠和硫酸钾作为改性剂，容易在混凝土中引入碱金属（其在混凝土中是严格控制的），可能引起混凝土碱集料反应而导致混凝土结构的破坏；而半水石膏的水化反应仅有几分钟，易引起水泥假凝现象；二水石膏的水化反应也较快，不能很好的与混凝土的强度增长速度匹配，因此只有天然硬石膏相对比较稳定，能与混凝土（水泥）的强度增长速度相匹配，故本研究选择硬石膏作为硫酸盐改性剂。

天然硬石膏中SO₃的含量大于45%是基本要求，其含量越高越好，目的是保证硬石膏的品质，确保改性剂的效果。硬石膏中SO₃的理论含量是58%（通常53%就很高了），45%的含量相对较普遍，容易找到，效果也不错，故要求天然硬石膏中SO₃的含量在45%以上。

二、改性剂掺量的筛选

1、表1反应了在50%普硅水泥掺50%的磷渣微粉时，不同改性剂掺量对水泥砂浆强度的影响。

表1

由表1可知，掺入4%的改性剂对强度提高效果最好(说明：空白为净水泥砂浆强度)。