利用粉煤灰和火山浮石改性磷石膏性能研究

论文摘要

磷石膏是磷肥工业中用硫酸分解磷矿、萃取磷酸时产生的副产物。随着磷化工业的发展,磷石膏排放量逐年增长,未经处理的磷石膏不仅占用土地、污染地表水、浪费大量资源,更带来严重的环境污染和安全隐患。粉煤灰是燃煤火力发电厂以及城市集中供热锅炉排出的废弃物和副产品。火山浮石是一种无定形的多孔状岩石,由熔岩火山喷发时释放的气体在熔化的熔岩从火山流下冷却时被困于其中而形成,气孔体积占岩石总体积的50%。黄磷渣是磷矿石热法生产黄磷过程中排放的工业废渣。综合利用粉煤灰、火山浮石改性磷石膏,并最终与其他物料制得石膏砌块,不仅减少了磷石膏对环境的污染,同时也更好的将各种工业副产物变废为宝,进行资源化再利用。本文通过大量的实验研究,优选出磷石膏的复合改性剂和激发剂,同时分别考察不同温度、外掺量等因素对磷石膏改性实验的影响,并结合X射线衍射(XRD)物相分析以及SEM扫描电镜分析的手段,对磷石膏改性原因进行分析,最终将改性后的磷石膏与其他物料混合共同制备石膏砌块。主要研究成果如下：(1)优选磷石膏改性剂研究利用粉煤灰和火山浮石分别作为改性剂对磷石膏进行改性研究,并对改性产物中可溶性P、F含量进行分析。实验结果表明：单独采用粉煤灰作为改性剂,效果并不理想；采用火山浮石作为改性剂可取得相对较好的改性效果。(2)复合改性剂改性磷石膏实验研究分别考察了反应温度、复合改性剂配比以及掺入量对磷石膏改性的影响,并掺入定量激发剂与复合改性剂共同进行磷石膏改性实验。实验结果表明：复合改性剂与激发剂共同作用可取得较优的改性效果,且降低了反应温度,有利于节约能耗,其工艺条件为：磷石膏与复合改性剂质量比为8：2,复合改性剂中粉煤灰和火山浮石质量比为1：5,外掺绿矾激发剂质量分数为3%～10%,反应温度范围在200℃～400℃。(3)改性产物表征分析采用X射线衍射(XRD)物相分析以及SEM扫描电镜分析两种表征手段对磷石膏改性产物进行分析,结果表明,改性后的磷石膏形貌发生了变化,磷石膏中二水石膏晶体遭到了破坏,并有矿化反应生成的集合体存在,有助于磷石膏固化体强度的提高。(4)磷石膏改性产物性能研究将改性磷石膏与其他物料混合制备石膏砌块,实验结果表明：石膏砌块中改性磷石膏掺量可达90%以上,制得的砌块强度较好,抗折强度可达3MPa以上,抗压强度达18MPa,改性后的磷石膏具有良好性能,可进一步用于生产建筑材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 研究的技术路线
• 1.3 研究内容与研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 文献综述
• 2.1 磷石膏的产生和性质
• 2.1.1 磷石膏的产生
• 2.1.2 磷石膏的特性
• 2.1.3 磷石膏中的杂质
• 2.1.4 磷石膏的危害及现状
• 2.2 磷石膏的预处理工艺
• 2.2.1 水洗净化法
• 2.2.2 石灰中和法
• 2.2.3 筛分法
• 2.2.4 闪烧法
• 2.2.5 浮选法
• 2.2.6 球磨法
• 2.2.7 柠檬酸处理法
• 2.3 磷石膏的应用及发展前景
• 2.3.1 磷石膏在工业方面的应用
• 2.3.2 磷石膏在建筑材料方面的应用
• 2.3.3 磷石膏在农业方面的应用
• 第三章 实验原料、设备及方法
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验设备
• 3.3 实验方法
• 第四章 磷石膏改性剂的实验研究
• 4.1 粉煤灰改性磷石膏的实验研究
• 4.1.1 反应温度对粉煤灰改性磷石膏产物烧失量的影响
• 4.1.2 反应温度对粉煤灰改性磷石膏产物中可溶性P含量的影响
• 4.1.3 反应温度对粉煤灰改性磷石膏产物中可溶性F含量的影响
• 4.1.4 物料配比对粉煤灰改性磷石膏产物烧失量的影响
• 4.1.5 物料配比对粉煤灰改性磷石膏产物中可溶性P含量的影响
• 4.1.6 物料配比对粉煤灰改性磷石膏产物中可溶性F含量的影响
• 4.2 火山浮石改性磷石膏的实验研究
• 4.2.1 反应温度对火山浮石改性磷石膏产物烧失量的影响
• 4.2.2 反应温度对火山浮石改性磷石膏产物中可溶性P含量的影响
• 4.2.3 反应温度对火山浮石改性磷石膏产物中可溶性F含量的影响
• 4.2.4 物料配比对火山浮石改性磷石膏产物烧失量的影响
• 4.2.5 物料配比对火山浮石改性磷石膏产物中可溶性P含量的影响
• 4.2.6 物料配比对火山浮石改性磷石膏产物中可溶性F含量的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 复合改性剂改性磷石膏的实验研究
• 5.1 温度和改性剂配比对改性实验的影响
• 5.1.1 温度和改性剂配比对改性产物中可溶性P含量的影响
• 5.1.2 温度和改性剂配比对改性产物中可溶性F含量的影响
• 5.2 掺入量和改性剂配比对改性实验的影响
• 5.2.1 掺入量和改性剂配比对改性产物中可溶性P含量的影响
• 5.2.2 掺入量和改性剂配比对改性产物中可溶性F含量的影响
• 5.3 正交实验
• 5.4 复合改性剂对磷石膏改性机理分析
• 5.5 激发剂对改性实验的影响
• 5.5.1 温度对激发剂的影响
• 5.5.2 激发剂外掺量对改性实验的影响
• 5.6 磷石膏改性产物表征分析
• 5.6.1 改性产物XRD物相分析
• 5.6.2 改性产物SEM扫描电镜分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 磷石膏改性产物性能实验
• 6.1 改性磷石膏与粉煤灰制砌块实验
• 6.1.1 粉煤灰对砌块强度的影响
• 6.1.2 粉煤灰对砌块凝结时间的影响
• 6.1.3 未改性磷石膏制砌块的对比实验
• 6.2 改性磷石膏与火山浮石制砌块实验
• 6.2.1 火山浮石对砌块强度的影响
• 6.2.2 火山浮石对砌块凝结时间的影响
• 6.3 改性磷石膏与黄磷渣制砌块实验
• 6.3.1 黄磷渣对砌块强度的影响
• 6.3.2 黄磷渣对砌块凝结时间的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 攻读硕士学位期间所申请的专利及参与的科研项目