改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

杨晓明，李安梅，何晓强

(荆楚理工学院 化工与药学院，湖北 荆门 448000)

磷石膏是在湿法磷酸生产中产生的固体废渣，其主要成分为二水石膏，含量在 90%左右，每生产 1 t磷酸可产生5 t左右的磷石膏。目前我国每年排放磷石膏约 6000 万t，大多数是露天堆放，不仅占用土地，且磷石膏中的可溶性 P和 F造成土壤、水系、大气的污染。因此利用磷石膏取代天然石膏作水泥缓凝剂，不仅解决磷石膏的环境污染问题，还可以减少天然石膏的使用，降低水泥的生产成本，具有良好的经济效益和的社会效益[1-2]。本文选用将磷石膏、石灰、粉煤灰和自制添加剂按照一定配比经处理后，制作成水泥缓凝剂；并同天然的二水石膏相对比，考察了二者对水泥的性能影响。

1 实验[3-4]

1.1 实验材料

磷石膏(荆门洋丰集团)；粉煤灰(荆门热电厂)；生石灰(荆门)；天然石膏(荆门麻城)；熟料(荆门三峡水泥厂)；添加剂(自制)。

1.2 实验设备

搅拌机(NJ-160A 型)；凝结时间测定仪(MD-7 型)；电动抗折试验机(KZJ-500 型)；压力试验机(TYE-300B 型)。

1.3 试验方法

凝结时间参照 GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试；抗折和抗压强度按 GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》进行测试。

1.4 实验工艺

将按照一定配比的磷石膏、粉煤灰、生石灰、自制的添加剂和适量的水搅拌均匀，同一压力压制成型，在温度为(25 ±1)℃，湿度100%的养护到龄期；在破碎，低温烘干后备用。

2 结果与讨论[5-6]

2.1 改性磷石膏的配比对水泥凝结时间和强度的影响

在改性磷石膏(其中的生石灰保持5%不变)和天然石膏于水泥熟料中配比一致的情况下，通过改变改性磷石膏中磷石膏和粉煤灰的配比，考察改性磷石膏的配比对水泥凝结时间和强度的影响。

表1 改性磷石膏的配比对水泥凝结时间和强度的影响

由表1可知：当改性磷石膏中磷石膏的配比降低时，水泥的凝结时间逐渐接近天然石膏，继续降低磷石膏的配比时，水泥的凝结时间变化很小，而强度在降低，考虑到磷石膏的用量，选择最佳配比为65∶30∶5。

2.2 添加剂外掺量对水泥凝结时间和强度的影响

在改性磷石膏配比(磷石膏∶粉煤灰∶生石灰=65∶30∶5)不变的情况下，通过改变添加剂外掺量的比例，考察添加剂外掺量对水泥凝结时间和强度的影响。

表2 添加剂外掺量对水泥凝结时间及强度的影响

由表2可知：当添加剂外掺量的配比增加时，水泥的凝结时间逐渐降低到接近天然石膏，继续增加添加剂外掺量的配比时，水泥的凝结时间变化不大，强度反而降低，考虑到成本的因素，选择最佳配比为1.5%。

3 结论

(1)改性磷石膏经化学预处理后，其中所含杂质大大减少，代替天然石膏作水泥缓凝剂是完全可行的。

(2)当改性磷石膏的配比为磷石膏/粉煤灰/生石灰=65/30/5，添加剂的外掺量为1.5%时，水泥的凝结时间比天然石膏的略长，但水泥的抗折和抗压强度反而得到增强。

(3)用改性磷石膏代替天然石膏，不仅符合国家环保要求，而且降低了企业的生产成本和处理磷石膏的费用。