[发明专利]一种电导率可调控碱激发磷渣基胶凝材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅酸盐半导体胶凝材料的制备及其固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种电导率可调变碱激发磷渣基半导体胶凝材料制备方法。

背景技术

磷渣是用电炉法制取黄磷时，排放的以硅酸钙为主要成分的一种工业废弃物。在用电炉法生产黄磷时，每制取1t黄磷就能产生8～10t磷渣[1]。我国磷渣年排放量超过500万t[2]。磷渣含有磷和氟，长期露天堆放，经过雨淋后有毒物质会渗透到土壤中造成环境污染；同时，磷渣中含有氧化硅、氧化铝等具有潜在活性的物质，对其进行资源化利用不仅是减少环境污染、改善生态环境，而且也是变废为宝，是磷工业可持续发展的重要途径之一。

目前，磷渣的主要用于混凝土掺合料[3-4]、水泥混合材[5-7]、矿化剂[8]、微晶玻璃[9]、生产白炭黑[10-12]等方面；磷渣具有潜在的火山灰活性，利用磷渣制备胶凝材料已成为国内外学者的研究热点；陈霞[13]等人分别采用机械与化学活化的方式对磷渣进行了活性激发，基于抗压强度比较了硫酸盐与Ca(OH)₂的化学激发效果，研究结果表明，机械粉磨与掺入Na₂SO₄、CaSO₄、Ca(OH)₂均能在一定程度上激发磷渣粉的火山灰活性，Ca(OH)₂的激发效果要优于Na₂SO₄，且Ca(OH)₂掺量在5％～10％范围内时激发效果最佳；郭成洲[14]等人以NaOH和Na₂CO₃为碱激发剂，通过测定磷渣的凝结时间、化学结合水和水化反应，研究了碱激发剂对磷渣水化过程的影响，结果表明，两种碱激发剂均能加快磷渣的水化速率，其中NaOH对磷渣的激发效果明显优于Na₂CO₃；陈明[15]等人针对磷渣活性激发方法及机理进行了研究，重点论述了常见的磷渣活性的物理激发方法、化学激发方法和复合激发方法及激发机理。

针对磷渣基胶凝材料早期强度低、韧性差的问题，一些学者进行了深入研究；彭艳周[16]等人制备了快硬早强磷渣基胶凝材料，并研究了其微观结构，结果表明，掺入10％的普通硅酸盐水泥和15％的石墨尾矿粉时，可有效提高碱磷渣胶凝材料的早期强度，硅酸钠掺量为5％时，所制备的快硬早强磷渣基胶凝材料试件的3d抗压强度27.3MPa，28d抗压强为56.8MPa；张耀君[17]等中国专利申请(公开号：CN101544484)公开了一种无机铝硅酸盐与有机高分子复合胶凝材料的制备方法，该方法利用磷渣与苯乙烯/聚丙酸甲酯共聚物乳液，在激发剂硅酸钠的作用下，生成磷渣无机铝硅酸盐聚合物与有机高分子复合胶凝材料，其28d的最高抗折强度是无机铝硅酸盐聚合物的2.08倍；殷志峰[18]等人研究了碱激发磷渣制备道路胶凝材料的力学性能，研究结果表明水玻璃以Na₂O计，掺量为6％时，激发效果最佳，水玻璃的掺量和磷渣的细度比较面积对材料的力学性能最大。

有关磷渣基胶凝材料的耐酸碱盐腐蚀行为、减缩、防裂、固化金属离子等性能也有所报道。宋华[19]对碱磷渣胶凝材料的耐久性进行了研究，利用氢氧化钠和硅酸钠激发磷渣制备碱磷渣胶凝材料，研究表明，碱磷渣胶凝材料的强度受碱的掺量、磷渣的比表面积等因素影响，只有当碱的掺量达到一定量时才能较好地激发磷渣的活性，磷渣的比表面积越大，强度越高，并随着养护时间延长而逐渐增长，而且具有比硅酸盐水泥更优异的耐硫酸盐侵蚀能力和抗冻性；贾丽丽[20]等人研究了磷渣、钙质膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和聚丙烯纤维对碱磷渣胶凝材料的减缩防裂作用，结果表明，用适量的粉煤灰代磷渣、添加用硬脂酸铝包覆的钙质膨胀剂都可以一定程度降低碱磷渣胶凝材料的收缩，添加聚丙烯纤维可大幅度提高碱磷渣胶凝材料的抗裂性；罗中秋[21]等人研究了磷渣基胶凝材料材料固化砷钙渣的机理，以砷含量为7.63％的砷钙渣为研究对象，利用磷渣基胶凝材料对其进行固化处理，考察了不同养护时间、不同PH值浸取剂环境下固化体中砷的浸出规律。结果表明：在pH＝4～8范围内，砷浸出浓度较小；在酸性(pH<4)和碱性(pH>8)条件下砷浸出相对较大，但均小于5mg/L，随时间的变化，磷渣基地聚物材料不断水化，并提供游离Ca²⁺、Al³⁺离子，使砷化合物经沉淀反应生成Al-As-O、Ca-As-O难溶性盐，进而降低砷浸出浓度；