磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸排放的工業(yè)廢渣,目前我國(guó)的磷石膏年排放量已超過(guò)5000萬(wàn)噸。磷石膏的資源化利用主要是生產(chǎn)石膏膠凝材料和作為水泥緩凝劑,然而,磷石膏含有的磷、氟等有害雜質(zhì)對(duì)應(yīng)用性能有一定不利影響,因此需要對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理不僅增加了應(yīng)用成本和利用難度,而且處理后性能仍不及天然石膏,最終導(dǎo)致磷石膏的利用率非常低。貝利特硫鋁酸鹽水泥是一種低碳、節(jié)能的綠色水泥,磷石膏作為一種工業(yè)副產(chǎn)石膏,可代替天然石膏用于貝利特硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)。磷石膏中雜質(zhì)可以作為礦化劑促進(jìn)熟料礦物的形成,而且在高溫煅燒過(guò)程中可溶性雜質(zhì)能夠得到轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定,因此磷石膏用于生產(chǎn)貝利特硫鋁酸鹽水泥有一定優(yōu)勢(shì)。但是,磷石膏在貝利特硫鋁酸鹽水泥生料中用量很低,為了提高磷石膏的利用率,同時(shí)消除雜質(zhì)的不利影響,生料中配入過(guò)量磷石膏制備高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥,過(guò)量的磷石膏除了轉(zhuǎn)化為高溫硬石膏,還可能以硫硅酸鈣的形式存在水泥中。與傳統(tǒng)硫鋁酸鹽水泥相比,高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中高溫硬石膏和硫硅酸鈣礦物的引入,導(dǎo)致水泥的礦物組成發(fā)生顯著變化。研究水泥中高溫硬石膏和硫硅酸鈣的作用,對(duì)磷石膏在高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中的利用具有重要意義。本文首先研究了磷石膏制備高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥的最佳煅燒條件以及磷石膏與天然石膏對(duì)高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥燒成和性能的影響,并對(duì)水泥煅燒過(guò)程中磷石膏的高溫分解進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,水泥制備的最佳煅燒溫度為1270℃、保溫時(shí)間為30min、冷卻方式采用風(fēng)吹快冷;磷石膏的高溫分解主要與煅燒溫度和配料組成有關(guān),磷石膏與天然石膏相比并沒(méi)有表現(xiàn)出較高的分解率;從石膏分解率、礦物形成和水泥性能方面綜合來(lái)看,采用磷石膏制備高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥是可行的,而且與天然石膏比較,磷石膏中雜質(zhì)并沒(méi)有對(duì)水泥的制備過(guò)程產(chǎn)生不利影響。采用煅燒磷石膏的方式模擬制備高溫硬石膏,研究了模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物水化的影響,結(jié)果顯示模擬高溫硬石膏相比天然石膏溶解較慢,導(dǎo)致鈣礬石更易發(fā)生轉(zhuǎn)化。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)熟料體系C2S-34SAC-C4AF-SC的礦物組成設(shè)計(jì),制備出硬石膏含量不同的高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥,研究了高溫硬石膏對(duì)水泥物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,當(dāng)水泥中高溫硬石膏含量高于10%時(shí),水泥的凝結(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng),與天然石膏相比,水泥中高溫硬石膏顯著縮短了凝結(jié)時(shí)間;水泥中高溫硬石膏能夠顯著提高水泥的強(qiáng)度,其適宜含量為10%~20%,高溫硬石膏對(duì)水泥強(qiáng)度的提高作用高于天然石膏;高溫硬石膏對(duì)水泥的膨脹性能影響不大。通過(guò)對(duì)水泥水化速率、水化程度和水化產(chǎn)物的分析,發(fā)現(xiàn)在適宜的含量范圍內(nèi),高溫硬石膏能夠促進(jìn)硫鋁酸鈣的水化和鈣礬石的形成,隨著水化的進(jìn)行,高溫硬石膏對(duì)水泥水化的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng),可以達(dá)到與天然石膏相似的作用效果。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物水化的影響規(guī)律與水泥中高溫硬石膏的作用不同,二者在溶解性質(zhì)和水化活性方面有所差異。采用硅灰等材料在1200℃下保溫8h制備硫硅酸鈣單礦物,通過(guò)分析硫硅酸鈣單礦物的水化過(guò)程,發(fā)現(xiàn)硫硅酸鈣后期發(fā)生緩慢水化,硫鋁酸鈣的加入能夠促進(jìn)硫硅酸鈣的水化,而硫硅酸鈣水化釋放的石膏又會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)硫鋁酸鈣水化形成鈣礬石。通過(guò)在高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中摻入硫硅酸鈣單礦物,研究硫硅酸鈣單礦物對(duì)水泥水化硬化的影響,結(jié)果顯示硫硅酸鈣的摻入降低了水泥的早期強(qiáng)度,適宜的硫硅酸鈣摻量能夠促進(jìn)水泥后期強(qiáng)度的增長(zhǎng);硫硅酸鈣后期水化釋放的石膏能夠促進(jìn)鈣礬石的形成和穩(wěn)定。采用二次煅燒的方式制備含有硫硅酸鈣的水泥,并對(duì)硫硅酸鈣在水泥中的作用展開(kāi)進(jìn)一步研究,結(jié)果顯示水泥中硫硅酸鈣的形成與二次煅燒溫度和保溫時(shí)間密切相關(guān),水泥中硫硅酸鈣的作用與硫硅酸鈣單礦物對(duì)水泥的影響規(guī)律一致;水泥中硫硅酸鈣的形成降低了水泥早期的水化速率,但是能夠促進(jìn)水泥的后期水化。系統(tǒng)研究了高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中礦物組成的優(yōu)化和改性,發(fā)現(xiàn)水泥中硫鋁酸鈣有利于早期強(qiáng)度的發(fā)展,其適宜含量為30%~40%;水泥中鐵相對(duì)早期強(qiáng)度不利,其適宜含量為10%~20%;水泥中高溫硬石膏可以取代天然石膏,當(dāng)其含量為10%~20%時(shí),基本不需要后摻天然石膏即可滿足水泥的使用性能;生料中適量硼砂的摻入能使貝利特的晶型由β-C2S向α’-C2S轉(zhuǎn)化,B2O3摻雜對(duì)水泥強(qiáng)度起促進(jìn)作用的最佳摻量為2%;水泥中硫硅酸鈣作用的發(fā)揮與硬石膏和硫鋁酸鈣的匹配緊密相關(guān),該礦物的優(yōu)化需要綜合多種因素進(jìn)行分析。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ172.7
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 磷石膏的產(chǎn)生與危害
    1.2 磷石膏在建材中利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題
        1.2.1 水泥緩凝劑
        1.2.2 石膏膠凝材料
        1.2.3 制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥
        1.2.4 硫鋁酸鹽水泥
        1.2.5 磷石膏利用存在的問(wèn)題
    1.3 貝利特硫鋁酸鹽水泥的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 工業(yè)廢渣的應(yīng)用研究
        1.3.2 貝利特礦物的活化
    1.4 磷石膏在貝利特硫鋁酸鹽水泥中利用方式
        1.4.1 磷石膏部分分解制備貝利特硫鋁酸鹽水泥
        1.4.2 磷石膏制備高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥
        1.4.3 磷石膏作為后摻石膏
    1.5 高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥的礦物組成
    1.6 本課題的提出及研究意義
2 原材料及試驗(yàn)方法
    2.1 試驗(yàn)原材料
    2.2 試驗(yàn)方法
        2.2.1 水泥制備
        2.2.2 宏觀性能
        2.2.3 化學(xué)分析
        2.2.4 微觀分析
3 利用磷石膏的高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥配料與燒制
    3.1 配料計(jì)算
        3.1.1 基本原則
        3.1.2 配料參數(shù)
        3.1.3 配料計(jì)算方法
    3.2 熟料煅燒條件的確定
        3.2.1 煅燒溫度
        3.2.2 保溫時(shí)間
        3.2.3 冷卻方式
        3.2.4 熟料的微觀形貌
    3.3 熟料煅燒過(guò)程中磷石膏的高溫分解
        3.3.1 生料熱分析
        3.3.2 磷石膏分解的影響因素
        3.3.3 磷石膏與天然石膏的比較
        3.3.4 磷石膏分解的控制分析
    3.4 小結(jié)
4 高溫硬石膏在高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中作用
    4.1 模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物水化的影響
        4.1.1 硫鋁酸鈣單礦物的制備
        4.1.2 模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物水化放熱的影響
        4.1.3 模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物化學(xué)結(jié)合水的影響
        4.1.4 模擬高溫硬石膏對(duì)硫鋁酸鈣單礦物水化產(chǎn)物的影響
    4.2 高溫硬石膏對(duì)水泥物理力學(xué)性能的影響
        4.2.1 礦物形成
        4.2.2 凝結(jié)時(shí)間
        4.2.3 強(qiáng)度
        4.2.4 膨脹率
    4.3 高溫硬石膏對(duì)水泥水化過(guò)程的影響
        4.3.1 水化液相的SO42-濃度
        4.3.2 水化放熱
        4.3.3 化學(xué)結(jié)合水
        4.3.4 水化液相的p H值
        4.3.5 水化產(chǎn)物
    4.4 小結(jié)
5 硫硅酸鈣礦物在高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥中作用
    5.1 硫硅酸鈣單礦物的制備和水化
        5.1.1 硫硅酸鈣生料的熱分析
        5.1.2 硫硅酸鈣單礦物的制備
        5.1.3 硫硅酸鈣的水化
    5.2 硫硅酸鈣單礦物對(duì)水泥水化硬化的影響
        5.2.1 硫硅酸鈣對(duì)水泥物理力學(xué)性能的影響
        5.2.2 硫硅酸鈣單礦物對(duì)水泥水化過(guò)程的影響
    5.3 水泥熟料中硫硅酸鈣的形成和作用
        5.3.1 二次煅燒對(duì)水泥中硫硅酸鈣形成的影響
        5.3.2 水泥中硫硅酸鈣對(duì)性能的影響
        5.3.3 水泥中硫硅酸鈣對(duì)水化過(guò)程的影響
    5.4 小結(jié)
6 高硫型貝利特硫鋁酸鹽水泥礦物組成的優(yōu)化
    6.1 硫鋁酸鈣礦物的優(yōu)化
        6.1.1 礦物形成
        6.1.2 水泥凈漿強(qiáng)度
        6.1.3 水化過(guò)程
    6.2 鐵相礦物的優(yōu)化
        6.2.1 礦物形成
        6.2.2 水泥凈漿強(qiáng)度
        6.2.3 水化過(guò)程
    6.3 高溫硬石膏和后摻石膏的優(yōu)化匹配
        6.3.1 水泥凈漿強(qiáng)度
        6.3.2 水化放熱
        6.3.3 水化程度
        6.3.4 水化產(chǎn)物
    6.4 貝利特礦物的活化
        6.4.1 熟料礦物形成
        6.4.2 強(qiáng)度
        6.4.3 膨脹率
        6.4.4 水化過(guò)程
    6.5 硫硅酸鈣礦物的優(yōu)化
    6.6 小結(jié)
7 結(jié)論及展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A. 作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    B. 作者在攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果目錄
    C. 作者在攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目

【參考文獻(xiàn)】

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3 ;硫鋁酸鹽水泥水化、硬化及其特性[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1978年03期

4 楊南如,鐘白茜,董攀,王娟;鈣礬石的形成和穩(wěn)定條件[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1984年02期

5 郭勇,蘇慕珍,鄧君安,王燕謀;鐵鋁酸鹽水泥中鐵相水化特征的研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1989年04期

6 楊克銳,張彩文,郭永輝,劉志剛;延緩硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)的研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2002年02期

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