聚羧酸减水剂对β-半水磷石膏性能的影响

研究了4种减水剂对β-半水磷石膏流动度的影响,并进一步分析了不同掺量聚羧酸减水剂PS-L对β-半水磷石膏流动度、凝结时间、标准稠度用水量及力学性能的影响,通过扫描电镜(SEM)、全自动压汞仪(MIP)分析了磷石膏的晶体形貌、孔隙率及孔径分布。结果表明,PS-L可有效增大β-半水磷石膏的流动度,延长凝结时间。当PS-L掺量为0.5%时,标准稠度用水量降低至49%,抗压、抗折强度分别为14.8、3.85 MPa,比空白样分别提高了62.6%、57.1%。PS-L使得粗大的板状晶型减少,晶体间搭接更紧密。当PS-L掺量为0.3%,孔隙率和中值孔径分别为51.6%和1065.3 nm,与空白样相比分别降低了12.17%、27.50%。β-半水磷石膏颗粒越细,在0.1%~0.5%范围内,聚羧酸减水剂PS-L掺量越高,硬化体的力学性能越好。

MgCl_(2)溶液中顺丁烯二酸调控α半水磷石膏晶形

盐介质和转晶剂是常压盐溶液法制备α半水磷石膏的关键因素,本文研究了MgCl_(2)溶液中顺丁烯二酸对磷石膏制备α半水磷石膏晶体形貌、硬化体抗压强度及微观结构的影响。结果表明,在MgCl_(2)溶液中能够制备出长柱状α半水磷石膏,添加顺丁烯二酸能够调控α半水磷石膏的晶体形貌,使其从长柱状向短柱状转变。随着顺丁烯二酸浓度的增大,α半水磷石膏的长度缩短、直径增大、长径比降低。在顺丁烯二酸作用下,α半水磷石膏(200)、(020)和(400)晶面强度降低,(204)晶面强度增加。在(200)、(020)和(400)晶面上,Ca^(2+)位于SO_(4)^(2-)之间,顺丁烯二酸在表面上吸附存在空间位阻效应。(204)晶面上Ca^(2+)间不存在SO_(4)^(2-),顺丁烯二酸的2个COO-可以分别与2个Ca^(2+)作用形成稳定的吸附构型,阻碍α半水磷石膏沿长度方向生长。未添加转晶剂时,α半水磷石膏的硬化体内部孔洞较多,孔直径较大,整体较疏松,抗压强度只有12.5MPa;当顺丁烯二酸浓度为1.08 mmol/L,α半水磷石膏的硬化体结构致密,内部孔洞数量明显减少,抗压强度达到26.5 MPa,合适的顺丁烯二酸浓度为0.54~1.08 mmol/L。

减水剂及缓凝剂对α-半水磷石膏性能的影响

研究了4种减水剂、2种缓凝剂对α-半水磷石膏流动度、凝结时间和抗压强度的影响。结果表明:4种减水剂对α-半水磷石膏的分散效果依次为聚羧酸减水剂540P≈聚羧酸减水剂PC900>三聚氰胺减水剂F10>萘系减水剂FDN,其中2种聚羧酸减水剂的缓凝作用较强,而F10、FDN基本无缓凝效果;当缓凝剂掺量不超过0.05%时,改性氨基酸缓凝剂200P的缓凝效果更好,反之则蛋白类缓凝剂GR200的缓凝效果更好,当缓凝剂掺量不超过0.15%时,200P对α-半水磷石膏的抗压强度基本无影响,GR200对α-半水磷石膏抗压强度的负面影响相对较小。

半水磷石膏的矿物学特征

讨论了半水磷石膏的化学组成、矿物组成、热性能、微观形貌以及胶凝性能。结果表明:半水磷石膏中主要化学组成为CaO和SO3,其总量达到70%,含有少量的结晶水和P2O5;半水磷石膏中含有放射性元素,但未超过GB/T6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的限值;半水磷石膏矿物组成主要是α型的烧石膏相,但其放热峰面积小,主要以不同取向的硫酸钙晶体的聚晶形式存在,胶凝性能差,烘干强度仅为0.38 MPa。半水磷石膏与二水石膏制备的α型半水石膏在微观形貌上存在较大差异,将其直接应用于建筑材料还有待于进一步研究。

半水磷石膏的晶型、形貌及胶凝性能的影响因素研究

考察了半水法湿法磷酸工艺参数液相SO2-4浓度,反应温度,磷酸浓度、磷矿粉掺量以及搅拌速度对半水磷石膏晶型、形貌及胶凝性能的影响。结果表明:影响半水磷石膏晶型的主要因素是液相SO2-4浓度、反应温度以及磷酸浓度。半水磷石膏颗粒主要是以不同取向的六方柱状半水硫酸钙晶体的聚晶形式存在。工艺参数对半水硫酸钙的晶体形貌有不同程度的影响,其中液相SO2-4浓度对晶体形貌影响最大。从兼顾半水法湿法磷酸生产工艺及调控半水磷石膏胶凝性能的角度出发,提出优化的生产工艺条件:磷酸溶液P2O5质量分数36%,磷矿粉掺量质量分数15.3%,液相SO2-4浓度20 mg·m L-1,反应温度95℃,搅拌速度135 r·min-1。在此工艺条件下,半水法湿法磷酸工艺可以副产出具有较好胶凝性能的半水磷石膏,抗折强度2.75 MPa,抗压强度5.28 MPa。

不同减水剂对半水磷石膏适应性的研究

以β型半水磷石膏为对象,研究了3种不同的减水剂对半水磷石膏的适应性影响,结果表明:自制减水剂对半水磷石膏的适应性较好,具有良好的缓凝效果,高效的减水率以及显著的增强效果;萘系减水剂适应性次之,其对半水磷石膏有促凝效果,大大缩小初凝时间,但有较好的减水效果和增强效果;聚羧酸系Ⅷ型减水剂不适用于石膏基材料。

β-半水磷石膏用做铁矿全尾胶结充填固料的研究

β-半水磷石膏作为气硬胶凝材料在建材上已获得广泛应用。研究了β-半水磷石膏的防水改性、凝结性能以及β-半水磷石膏的添加量对全尾矿充填材料性能的影响。结果表明,通过对其防水改性,胶凝材料的软化系数得以提高,其值达到0.82,砂浆的流动直径为150 mm,初终凝时间在2～8 h内可调。β-半水磷石膏和尾矿的质量比达到1∶7时,1,3,7 d的抗压强度分别达到0.65,0.75,1.30 MPa,用β-半水磷石膏制备的全尾胶结充填砂浆完全满足尾矿充填的工艺和性能指标要求。

缓凝剂对α半水磷石膏性能的影响

主要研究了在α半水磷石膏中分别掺入柠檬酸、酒石酸和白砂糖三种缓凝剂对其标准稠需水量、初终凝时间、力学性能以及晶体形貌的影响。试验结果表明,就上述三种缓凝剂的效果而言,其中以柠檬酸的效果最好,当掺量为2.0%时,α半水磷石膏的标稠需水量降至39.5%,初终凝时间分别达到131.0 min和426.0 min;当掺量为1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到7.37 MPa和24.10 MPa。本实验还初步探讨了其作用机理,为α半水磷石膏在今后的应用提供一定的指导意义。

缓凝剂对半水磷石膏凝结硬化性能的影响

本文研究了缓凝外加剂对半水磷石膏凝结时间和力学性能的 影响，并对半水磷石膏的凝结硬化及缓凝机理进行了探讨．

阻滞半水磷石膏向二水磷石膏转化的研究

为获得较为稳定的半水磷石膏,阻滞半水石膏在短时间内转化为二水石膏,研究了不同阻滞剂对半水磷石膏向二水磷石膏转化的效果。结果表明,筛选的阻滞剂对半水石膏的水合转化具有良好的阻滞效果。

基于温度效应的半水磷石膏水化反应热动力学模型

为扩大半水磷石膏(HPG)作为充填胶凝材料的工业应用半径,实现HPG资源化利用技术新突破.本文寻求一种在堆存过程中HPG水化反应放热量变化的模型,以了解其胶凝性能的变化情况.通过对初始温度为35、40、60和80℃的HPG堆体进行自由水质量分数和温度监测,发现HPG自由水质量分数变化规律符合一级反应动力学模型,之后基于热力学和化学反应动力学基本理论,提出了一种关于堆存温度与时间关系的HPG水化反应热动力学模型.最后,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,将HPG水化反应热动力学方程嵌入传热和ODE模块,对HPG堆体温度进行数值模拟,模拟堆体温度变化曲线与试验结果较为吻合,验证了所提出模型的可靠性.

β-半水磷石膏低温制备及固化铅污染土壤性能研究

惰性材料、化学物质和工业废渣掺入磷石膏,低温制备改性β-半水磷石膏(MHG),并对其煅烧温度、抗压强度、凝结时间及固化铅污染土壤的效果进行研究。结果表明,磷石膏、矿渣、粉煤灰和生石灰按91∶4∶3∶2(质量比)制备的MHG性能最好,抗压强度达到6.47MPa,相对于β-半水磷石膏抗压强度提高了24.18%,凝结时间延长7～23min。MHG固化铅污染土壤,养护3d的铅浸出质量浓度为0.015～0.028mg/L,相对于水泥铅浸出质量浓度降低了43.90%～57.14%。

基于正交试验的半水磷石膏充填配比优化

针对二水磷石膏充填存在充填成本高、水泥耗量大、固结体强度低等问题,以半水磷石膏替代胶凝材料,通过正交试验法确定半水磷石膏充填的最佳配方,并对其流动性和微观结构进行研究。结果表明:通过配方优化,半水磷石膏充填体3 d、7 d、28 d的强度可达到5.4 MPa、5.5 MPa、6.1 MPa,膏体坍落度为26 cm,扩展度为71cm。半水磷石膏充填配比中的3个影响因素为外加剂掺量、尾砂掺量和浆料浓度。对于3 d抗压强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于7 d强度影响最大的因素是浆料浓度,对于28 d强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于料浆流动性影响最大的是浆料浓度。半水磷石膏固结体由半水相转化为二水相,形成致密的晶体结构,表明以半水磷石膏制备的膏体料浆具备矿山充填的可行性。充填材料固体中废弃物用量占98%以上,成本较低,具有良好的经济效益和社会效益,推广应用前景良好。

半水磷石膏充填强度影响因素试验

为充分利用半水磷石膏的胶凝活性,将半水磷石膏作为矿山充填胶凝材料,采用XRD、XRF和SEM分析半水磷石膏的物化性质和微观形貌;通过正交试验,确定半水磷石膏充填材料的最优配比为生石灰掺量1.5%、尾砂掺量0%、结晶水质量分数5%;单因素试验结果表明,半水磷石膏强度性能与生石灰掺量、搅拌时间正相关,与半水磷石膏结晶水质量分数、水溶磷质量分数、尾砂掺量负相关,为使半水磷石膏充填材料3d强度达到3MPa,充填材料中生石灰掺量应不少于1.5%,搅拌时间不少于10min,同时,半水磷石膏原材料水溶磷质量分数应小于4%、结晶水质量分数应小于10.3%,尾砂掺量不大于60%.微观分析表明,各影响因素主要通过影响半水磷石膏水化产物晶体形貌、晶体结合触点的强度和水化产物体积率对半水磷石膏充填体强度产生影响.

减水剂对α半水磷石膏性能影响的研究

实验以α半水磷石膏为研究对象,使用FDN萘系、HC聚羧酸系、SM三聚氰胺系三种不同类型的减水剂对α半水磷石膏进行扩展度、减水率、凝结时间以及力学性能等的影响研究,并通过扫描电镜(SEM)观测了半水石膏水化后晶体形貌的变化。结果表明:上述三种减水剂都对α半水磷石膏有较好的适应性,都改善了α半水磷石膏的物理性能。其中以SM减水剂的作用效果最好,不但具有良好的减水率,而且掺入SM减水剂的石膏试样微观结晶结构表现最为良好,对α半水磷石膏的力学性能提高最为显著。

半水磷石膏充填体离子固化与尺寸效应

针对磷石膏堆存所产生的环境污染问题,提出以无害化处理后的半水磷石膏(HPG)作为矿山充填材料的解决方案.以渗透试验、物性测试试验和化学成分测定等试验为基础,研究了HPG在不同石灰掺量、不同尺寸、不同养护龄期条件下的毒性浸出和浸泡离子析出规律.结果表明,石灰添加量为2%时,HPG中的P、F等潜在有害元素固化效果最好,所制备的充填体试块3d单轴抗压强度可达7.4MPa;其抗渗透性相对于未添加石灰的HPG提高3000倍以上.通过浸泡实验测定了HPG在去离子水中的单位面积溶出速率,得出了暴露面积为4m^2时充填体中P、F、Ca^(2+)、SO_4^(2-)离子日均析出总量,分别为0.84、0.32、27.84、89.32g;同时发现HPG试块的离子析出具有尺寸效应,相同浸泡时间、固液比条件下,增大充填体尺寸可以减小离子析出速率.

EDTA对加压水热法制备α-半水磷石膏的影响

磷石膏因含磷、氟、有机物等杂质导致其特性与天然石膏及脱硫石膏有很大差异,使其利用成为技术难题。为探索磷石膏资源化途径,本实验采用加压水热法制备α-半水磷石膏,研究了乙二胺四乙酸（EDTA）对磷石膏脱水反应、α-半水磷石膏晶体形貌的影响及其机理。结果表明：掺加EDTA可降低磷石膏脱水速率,且速率降低程度与EDTA掺量密切相关,掺量为0.4-1.0%时脱水速率降低显著;掺加EDTA影响α-半水磷石膏晶体形貌,使其由针状转变为短柱状,但对其晶型没有影响;控制EDTA掺量为0.40%和pH=7可制备长径比为1.5∶1的短柱状α-半水磷石膏晶体。

改性β-半水磷石膏固化含铅淤泥的性能及机理

采用改性β-半水磷石膏(MPG)(组成(w):50%β-半水磷石膏、23%矿渣、15%磷渣、10%熟料和2%生石灰)对含铅淤泥进行固化稳定化。实验结果表明:MPG固化材料对含铅淤泥固化效果显著,养护28 d后MPG固化体的无侧限抗压强度比水泥固化体提高了73.59%,pH降低了18.24%;MPG固化体的含水率比未固化淤泥降低了48.35%,Pb(Ⅱ)浸出浓度降低了98.48%,仅为0.032 mg/L,低于GB 3838—2002中Ⅲ类地表水Pb(Ⅱ)限值。表征结果显示,MPG固化体中生成大量钙矾石晶相,与C—S—H凝胶紧密连接,使固化体结构更加密实。

堆存温度对半水磷石膏胶凝性能影响

半水磷石膏(HPG)长时间堆存状态下会出现固结现象,其胶凝性能也相应下降.以室内HPG结晶水检测和单轴压缩试验为基础,通过设定4种不同堆存温度,分别为20,40,60和80℃,探究不同堆存温度作用下HPG试样结晶水质量分数变化和堆存后制备的充填胶凝材料(HCM)抗压强度发展规律,并采用扫描电镜等微观分析手段研究堆存温度对其强度影响机制.结果表明,堆存温度对HPG胶凝性能影响显著,高的堆存温度会加快HPG试样中的自由水转变为结晶水速率,而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展.采用数据标准化对不同堆存温度作用后的试样抗压强度作出预测,被证实与实测值较吻合.微观分析发现,堆存温度主要影响体系的过饱和度,而使不同堆存温度作用后制备的HCM微观形态表现差异.

不同种类缓凝剂对半水磷石膏凝结时间和硬化性能的影响

针对半水磷石膏凝结时间过快的问题,选取五种典型缓凝剂——柠檬酸、酒石酸、骨胶、葡萄糖酸钠及三聚磷酸钠,探究不同掺量的缓凝剂对半水磷石膏浆体标准稠度用水量、凝结时间和硬化体抗压强度、水化放热的影响。结果表明:掺入的五种缓凝剂都可以在不同程度上延长半水磷石膏的初凝时间、终凝时间,减少半水磷石膏的标准稠度用水量;在0.1%的低掺量情况下,缓凝效果最好的是酒石酸和葡萄糖酸钠,初凝时间、终凝时间都达到了未加入缓凝剂的空白试样的六倍以上,且3 d、7 d龄期下强度损失率均在20%~30%之内;其中葡萄糖酸钠可使峰值放热速率降低22.1%,峰值速率出现时间延长一倍以上。综合考虑,酒石酸和葡萄糖酸钠可以延长半水磷石膏的凝结时间,降低水化放热速率,且硬化体的强度损失率较低。