[发明专利]高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，该高磷石膏含量的泡沫轻质土中大量掺入了磷复肥企业萃取磷酸产生的工业废渣磷石膏和水泥作为原料，同时配合自制的增强型高分子表面活性剂类发泡剂进行使用，可大大降低水泥的使用量，降低材料生产成本，实现了工业废渣进的资源化处理，缓解了环境污染压力，通过变废为宝获得了显著的经济效益。

技术领域

本发明涉及工业固废回收利用技术，具体涉及一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

泡沫混凝土是由发泡机将发泡剂以机械方式充分搅拌发泡，将制成的泡沫加入由硅钙质等材料、外加剂以及水制备的料浆中，再经混合搅拌均匀后进行现场浇筑施工或者磨具成型。再采用相应的养护措施制备而成。是一种大量密闭气孔的新型轻质保温材料。其具有质量轻、抗压强度高、强度可调节、整体性好、高流动性、耐久性好、凝结自立性、保温隔热以及良好的施工性等特点，可用于桥台台背回填、道路加宽、桥梁减跨、陡坡路堤、滑坡路基、软土路基减荷、地下结构物减荷、隧道空洞注浆、旧桥加固和冻土路基保温隔热等工程。

磷石膏是硫酸法萃取磷酸产生过程的副产品，也是以二水硫酸钙为主要成分的一种工业废渣。每生产1t磷酸将产生4.5～5.5t的磷石膏，其主要成分硫、钙等资源，具有多种潜在用途，又含有磷、氟、碱金属元素、硅、铝、铁、镁等对环境和综合利用有害的杂质。

随着磷肥业的快速发展，磷石膏的排放量呈逐年大幅递增趋势，根据工业和信息化部统计，2019年我国磷石膏的年产生量达7500万吨，综合利用率约40%。全国磷石膏累积堆存量已达4亿吨，全球累积堆存量已达60亿吨。由于磷石膏成分复杂，含磷灰石、共晶磷、氟化物、铝及镁的磷酸盐和硫酸盐、有机质等多种杂质，导致其利用难度大，综合利用率低。磷石膏属于酸性物质，pH1.5-4.5，具有一定的腐蚀性，因此磷石膏的不科学排放堆存不仅增加了占地面积，而且也容易对环境造成污染。如何很好的将磷石膏资源化已成为我国磷肥行业能否实现可持续发展的关键，因此应加快磷石膏的资源化合理利用步伐，实现环境保护和经济效益的双赢，以实现磷肥工业的可持续发展。

现阶段，磷石膏的主要利用途径集中在矿井填充、生产建筑石膏粉料、水泥及混凝剂以及用作为土壤改良剂等。将磷石膏进行矿井的填充时，由于磷石膏中存在磷、氟等杂质，导致其填充适应性不强，一般需要与水泥，粉煤灰、生石灰、芒硝、氢氧化钠等物质按比例混合，最后才形成磷石膏胶凝材料或复合填充材料，投入成本较大。磷石膏作水泥缓凝剂主要是利用其中的SO₄^2-与水泥水化产生的水化铝酸钙反应生成钙矾石，钙矾石附着在水泥颗粒表面，阻滞水泥的水化反应，起到缓凝作用；但是磷石膏中的有机质会吸附在石膏晶体表面，过高的有机质含量会使凝结后的水泥结构疏松，强度降低，因此磷石膏用于生产水泥缓凝剂前一般需要先进行改性处理以除去其有机质或使得有机质惰化为惰性物质。磷石膏还可替代天然石膏与钙、铝质原料混合烧制硫铝酸盐水泥熟料，但是存在工艺流程长、投资大，能耗高，且水泥早期强度较差等不足。用磷石膏生产石膏建材，一般需要与其他辅料先配比混合，然后经破碎、粉磨、调配混合、挤压定坯、干燥、烧制等工序，同样存在工序流程长，能耗高等问题。虽然磷石膏的应用涉及矿井填充、建材、农业等多个领域，但是我国石膏累积量仍在逐年增加，生态环境压力依然严峻，由于其成分复杂，在很多应用领域无法完全代替天然石膏。因此，优化提升现有应用的基础的同时，开辟磷石膏的资源化、大量化利用的新途径和新方法具有重要意义。

现有技术的轻质土组合物在施工应用时仍然存在诸多问题；一方面，轻质土组合物的固化时间无法满足施工现场的需要，另一方面，所形成的固化轻质土结构体在密度、强度和尺寸稳定性上仍然不令人满意。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，以磷复肥企业萃取磷酸产生的工业废渣磷石膏作为原料制备获得质轻高强度的泡沫轻质土，变废为宝，实现磷肥工业的可持续发展，可有效节约原材料成本和自然资源，缓解了对环境的污染。