【摘要】：磷石膏是生產(chǎn)磷酸過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣(主要成分為CaSO_4?2H_2O),且排放量巨大。目前僅有15%的磷石膏得到了循環(huán)利用(用于水泥緩凝劑、建筑材料、土壤改良劑、填充礦坑等方面),剩余的85%被作為固廢堆放處置,不僅造成資源的浪費,還引起環(huán)境污染問題,已成為環(huán)保行業(yè)的重大難題,而加速其資源化利用是解決這一問題的主要途徑。為推動磷石膏的資源化利用,尤其是加快磷石膏在墻材方面利用,本文以50%的磷石膏和50%的礦渣、水泥、粉煤灰為主要原料,制備出性能良好的磷石膏基綠色膠凝材料。以此膠凝材料為基礎(chǔ),加入農(nóng)作物秸稈粉制備磷石膏-秸稈輕質(zhì)砂漿,再加入膨脹珍珠巖和聚苯顆粒以減輕砂漿試樣的體積密度,制備磷石膏-秸稈輕質(zhì)墻體材料。采用電子萬能試驗機、X射線熒光光譜儀(XRF)、掃描電子顯微鏡(SEM)、導(dǎo)熱系數(shù)測定儀等測試手段,系統(tǒng)研究了磷石膏膠凝材料、磷石膏-秸稈砂漿和磷石膏輕質(zhì)墻材的力學性能、微觀結(jié)構(gòu)和保溫性能。在以原狀磷石膏、礦渣和水泥為原料制備水硬性膠凝材料的研究中發(fā)現(xiàn):磷石膏-礦渣-水泥復(fù)合(PBC)膠凝材料試樣的抗壓強度和軟化系數(shù)隨水泥摻量的增加呈先上升后下降的趨勢,當水泥摻量為20%時,試樣28 d抗壓強度最高可達到26.39 MPa;當水泥摻量達到40%時,試樣28 d抗壓強度僅為11.70 MPa,因此,加入適量的水泥可顯著提升試樣的28 d抗壓強度。在PBC膠凝材料的優(yōu)化組成基礎(chǔ)上,加入粉煤灰所制備的磷石膏-礦渣-水泥-粉煤灰復(fù)合(PBCF)膠凝材料試樣,其早期(3 d)抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加先增大后減小,其中加入15%粉煤灰試樣的各齡期抗折、抗壓強度最高,其28 d抗折強度為5.50 MPa,28 d抗壓強度為28.68 MPa;試樣的軟化系數(shù)隨著粉煤灰摻量增加呈先上升后下降的趨勢,在粉煤灰摻量為15%時,試樣軟化系數(shù)最大(0.91)。對PBCF膠凝材料試樣斷面微觀形貌進行分析后發(fā)現(xiàn),硬化試樣含有大量的針狀A(yù)Ft、C-S-H凝膠和反應(yīng)剩余的CaSO_4?2H_2O,且相互膠結(jié)形成一個整體,構(gòu)成了試樣強度的骨架。在以50%磷石膏、35%礦渣與水泥(礦渣:水泥=3:2)和15%粉煤灰為優(yōu)化配比的PBCF膠凝材料中加入秸稈作細集料,制備磷石膏-秸稈輕質(zhì)砂漿試樣,結(jié)果表明:試樣的體積密度隨著秸稈摻量的增加而減小。試樣的7 d和28 d抗折、抗壓強度均隨著秸稈摻量的增加而減小,其中秸稈摻量為30%時,3 d抗壓強度較低,7 d抗壓強度為10.67 MPa,28 d抗壓強度為18.03 MPa,相比于未摻入秸稈的PBCF膠凝材料,抗壓強度降低了37.13%;另外,此時試樣的干縮率和導(dǎo)熱系數(shù)也隨著秸稈摻量的增大而降低,且軟化系數(shù)≥0.86,吸水率為11.61%,耐水性較好。在30%秸稈摻量的磷石膏-秸稈輕質(zhì)砂漿中加入膨脹珍珠巖制備磷石膏-珍珠巖輕質(zhì)墻材試樣,研究發(fā)現(xiàn):珍珠巖摻量的增加可以有效減小試樣的體積密度、抗壓強度與導(dǎo)熱系數(shù)。當珍珠巖摻量為24%時,試樣的體積密度為1.520 g/cm~3,28 d抗壓強度為16.14 MPa,試樣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.186 W?m~(-1)?K~(-1)。在此試樣組成的基礎(chǔ)上,加入聚苯顆粒,制備磷石膏-珍珠巖-聚苯復(fù)合輕質(zhì)墻材試樣,研究發(fā)現(xiàn):聚苯顆粒的加入可以顯著減小墻材試樣的體積密度,但試樣的7 d和28 d抗壓強度隨著聚苯顆粒摻量的增加而降低,在聚苯顆粒摻量為50%,試樣的體積密度為0.848 g/cm~3時,7 d抗壓強度為4.78 MPa,28 d抗壓強度為6.78 MPa。此外,試樣的吸水率與導(dǎo)熱系數(shù)也隨聚苯顆粒摻量的增加而降低,聚苯顆粒摻量為50%試樣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.155W?m~(-1)?K~(-1),可用于制備輕質(zhì)保溫墻體材料。
【圖文】：

圖 2.1 磷石膏渣的 SEM 照片F(xiàn)ig. 2.1 SEM photo of phosphogypsum slag10 20 30 40 50 aaaa2 / aa CaSO4 2H2O圖 2.2 磷石膏渣的 XRD 圖譜Fig. 2.2 XRD pattern of phosphogypsum slag

（a） PBC-7 d （b） PBC-28 d （c） PBCF-7 d （d） PBCF-28 d圖 3.17 PBC 和 PBCF（15%粉煤灰）凈漿硬化試樣截面微觀形貌的 SEM 照片F(xiàn)ig. 3.17 SEM photos of cross-section microstructure of PBC and PBCF (with 15% fly ash) hardenedspecimens3.3.5 磷石膏膠凝材料的硬化機理以磷石膏、礦渣、水泥和粉煤灰為主要原料所制備的膠凝材料，，遇水后主要發(fā)生如下反應(yīng)：（3-1）水泥中硅酸三鈣（C3S）的水化反應(yīng)；（3-2）生成水化硅酸鈣（C-S-H）的反應(yīng)；（3-3）生成水化鋁酸鈣（C-A-H）的反應(yīng)；（3-4）生成鈣礬石（AFt）的反應(yīng)：3CaO SiO2+nH2O→xCaO SiO2 yH2O+(3-x)Ca(OH)2（3-1）Ca2++Si(OH)4→C-S-H gel （3-2）Ca2++Al(OH)3→C-A-H gel （3-3）Al(OH)3+Ca2++CaSO4 2H2O→3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O (AFt) （3-4）從以上反應(yīng)可知，本文實驗中所獲得的水化產(chǎn)物主要由 C-S-H、C-A-H、AFt 及未參加反應(yīng)的 CaSO4 2H2O 所組成。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU52;TQ177

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;磷石膏綜合利用再獲重大突破 制粒狀硫銨裝置試產(chǎn)[J];中國粉體工業(yè);2011年03期

2 ;開磷磷石膏標磚生產(chǎn)已規(guī)模化[J];中國粉體工業(yè);2011年03期

3 ;消除全球磷石膏堆存有了最后期限[J];中國粉體工業(yè);2009年06期

4 ;磷石膏全面資源化利用曙光初見[J];中國粉體工業(yè);2008年03期

5 ;磷石膏綜合利用仍須努力[J];中國粉體工業(yè);2010年03期

6 ;貴化每年“吃掉”47萬噸磷石膏廢渣[J];中國粉體工業(yè);2012年01期

7 ;開磷磷石膏綜合利用添新品[J];中國粉體工業(yè);2013年04期

8 柴玉萍;;淺談磷石膏的綜合利用途徑[J];甘肅化工;2002年03期

9 ;履行社會責任推進綜合利用磷石膏[J];中國粉體工業(yè);2012年04期

10 ;荊門全面實施磷石膏“以用定產(chǎn)”[J];中國粉體工業(yè);2019年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 冉晉;劉超;張新波;韋金城;余四新;孫強;;磷石膏在我國的綜合利用研究現(xiàn)狀綜述[A];中國公路學會養(yǎng)護與管理分會第九屆學術(shù)年會論文集[C];2019年

2 葉學東;;2017年我國磷石膏利用現(xiàn)狀、形勢分析及措施[A];第三十八屆中國硫與硫酸技術(shù)年會（2018）暨2018’中國硫磷鈦產(chǎn)業(yè)鏈峰會論文集[C];2018年

3 楊冬蕾;;我國磷石膏和鈦石膏資源化利用進展及展望[A];第三十八屆中國硫與硫酸技術(shù)年會（2018）暨2018’中國硫磷鈦產(chǎn)業(yè)鏈峰會論文集[C];2018年

4 鄧來;董占能;羅平;付廷棟;;磷石膏一步法制取硫酸鉀工藝研究[A];第三十八屆中國硫與硫酸技術(shù)年會（2018）暨2018’中國硫磷鈦產(chǎn)業(yè)鏈峰會論文集[C];2018年

5 林艷;彭同江;孫紅娟;;磷石膏在醋酸銨溶液中的溶解行為[A];中國礦物巖石地球化學學會第九次全國會員代表大會暨第16屆學術(shù)年會文集[C];2017年

6 吳琴;張華剛;賈曉飛;黃宗輝;;現(xiàn)澆磷石膏力學性能試驗裝置的設(shè)計及剛度試驗分析[A];2015中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第六屆年會暨第十屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集[C];2015年

7 董蕓;;阻滯半水磷石膏向二水磷石膏轉(zhuǎn)化的研究[A];2013中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第四屆年會暨第八屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集[C];2013年

8 劉慶安;劉寶珠;聶家忠;;磷石膏復(fù)合蒸壓磚生產(chǎn)實踐探索[A];2012中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第三屆年會暨第七屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集[C];2012年

9 黃華大;;蒸壓磷石膏廢渣磚的研制與開發(fā)[A];2012中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第三屆年會暨第七屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集[C];2012年

10 葉學東;;磷石膏綜合利用現(xiàn)狀及“十二五”發(fā)展思路[A];2011中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第二屆年會暨第六屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 駐湖北記者 閻友華 通訊員 蕭寧;湖北宜都磷石膏廢渣“變身”優(yōu)質(zhì)建材[N];中國建材報;2019年

2 記者 張艷燕 徐巖 吳俊生;磷石膏綜合利用問計代表委員[N];中國化工報;2013年

3 安徽省化肥工業(yè)協(xié)會常務(wù)副理事長 夏英彪;磷石膏綜合用須提速[N];中國化工報;2013年

4 王俞德;硫黃分解磷石膏制酸獲突破[N];中國化工報;2014年

5 本報記者 米然;磷石膏:堆存成本增加，利用步伐加快[N];中國化工報;2014年

6 特約記者 杜勝斌 王文全;合肥四方:節(jié)能低碳在行動[N];中國化工報;2013年

7 許秀成 侯翠紅 趙秉強 張衛(wèi)峰;化解過剩產(chǎn)能 高效利用磷石膏[N];中國化工報;2014年

8 本報記者 孫書博 高重密;磷石膏高效利用之門敞開[N];中國化工報;2013年

9 袁滿 葉聲 曹金露;“變廢為寶”彰顯綠色智慧[N];中國建材報;2020年

10 李青;四川開創(chuàng)磷石膏治理“什邡模式”[N];中國建材報;2020年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 鄭大龍;Fe基添加劑輔助下磷石膏氣氛循環(huán)控制分解過程研究[D];昆明理工大學;2018年

2 盧亞琴;磷石膏輔材與鋼筋混凝土空間網(wǎng)格框架結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用[D];湖南大學;2015年

3 蘭文濤;半水磷石膏基礦用復(fù)合充填材料及其管輸特性研究[D];北京科技大學;2019年

4 張逸超;新型現(xiàn)澆磷石膏填充墻力學性能與保溫技術(shù)研究[D];武漢理工大學;2017年

5 黃永波;磷石膏制備硫硅酸鈣-硫鋁酸鹽水泥[D];重慶大學;2018年

6 李顯波;高強α半水磷石膏晶形調(diào)控及水化硬化性能研究[D];貴州大學;2019年

7 馬林轉(zhuǎn);循環(huán)流化床分解磷石膏及分解氣體資源化研究[D];昆明理工大學;2007年

8 楊嘯;磷石膏基早強膠凝材料開發(fā)與廢棄物資源化利用[D];北京科技大學;2017年

9 楊林;半水磷石膏礦物學特征及膠凝性能變化行為[D];貴州大學;2016年

10 徐悅;磷石膏低溫分解煅燒制復(fù)合膠凝材的開發(fā)研究[D];昆明理工大學;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 周燦燦;磷石膏-秸稈輕質(zhì)墻體材料的制備與性能表征[D];安徽工業(yè)大學;2019年

2 陳彭;以磷石膏為原料制備硫酸鈣晶須工藝研究[D];重慶大學;2018年

3 翁婉琳;現(xiàn)澆磷石膏單軸受壓本構(gòu)關(guān)系研究[D];武漢理工大學;2018年

4 楊杰;磷石膏礦渣泡沫混凝土的制備及抗碳化性能優(yōu)化研究[D];武漢理工大學;2018年

5 祝路;磷石膏基功能型泡沫石膏的制備與性能研究[D];武漢理工大學;2018年

6 朱楊;磷石膏基硫酸鈣短晶的制備及其在PVC中應(yīng)用研究[D];武漢理工大學;2018年

7 張占彥;磷石膏制備相變儲能基體材料工藝研究[D];鄭州大學;2019年

8 黃朝德;磷石膏深加工循環(huán)工藝研究[D];武漢工程大學;2018年

9 王剛;發(fā)泡磷石膏墻體材料配合比及基本性能試驗研究[D];鄭州大學;2019年

10 蔣興志;雙極膜電滲析技術(shù)處理磷石膏制備硫酸聯(lián)產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣的研究[D];貴州大學;2019年

本文編號：2627963