一种免烧人造磷石膏基轻集料及其制备方法

1.本发明涉及轻集料技术领域，特别涉及一种免烧人造磷石膏基轻集料及其制备方法。

背景技术：

2.磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其组分主要是二水硫酸钙 (caso4﹒2h2o)。磷石膏的组成比较复杂，除硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，其中氟和有机质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大。每生产1吨湿法磷酸产生4.5吨的磷石膏渣，目前我国磷石膏堆存量已超过7亿吨，每年新增约8000万吨。磷石膏的随意排放堆积严重破坏了生态环境，不仅污染地下水资源，还造成土地资源的浪费，磷化工行业未来可持续发展面临巨大挑战。因此，合理化利用磷石膏刻不容缓。
3.利用磷石膏制备轻集料已有较多研究，但大多数是利用磷石膏烧制陶粒。申请号为cn201710874652.1的中国发明专利公开了一种磷石膏页岩陶粒及其制备方法，其利用磷石膏、铝矾土、页岩经过马弗炉煅烧得到磷石膏页岩陶粒。申请号为cn201710876536.3的中国发明专利公开了一种磷石膏粘土陶粒及其制备方法，其利用磷石膏、改性后的粘土、铝矾土在1200℃下得到磷石膏粘土陶粒。虽然上述技术利用磷石膏制备出性能优异的陶粒产品，使得磷石膏得到合理化利用，但煅烧的能耗高，过程中产生大量二氧化碳气体。基于此，本发明利用磷石膏制备一种免烧轻集料颗粒，为磷石膏资源化利用提高新思路。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提供一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，以解决现有磷石膏轻集料制备能耗高、且制备过程中产生大量二氧化碳气体的问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，包括以下步骤：
7.1)按重量份数计，将100份磷石膏、1-3份粘结剂预先混合均匀，加入25-30 份水，放入圆盘造粒机中形成3-5mm的圆球后，置于常温养护条件下养护24h；
8.2)按重量份数计，将5-10份水泥、20-25份石灰、65-70份硅质材料混合，加入30-35份水，搅拌成粘稠状的浆料；
9.3)将步骤2)的浆料包裹在步骤1)的圆球表面，制备出直径为5-20mm 的核壳结构颗粒；
10.4)将步骤3)的核壳结构颗粒置于185-210℃，1.2-1.6mpa饱和蒸汽压力下保温6-8h，经高温高压水热合成得到免烧人造磷石膏基轻集料。
11.可选地，步骤1)中所述磷石膏、步骤2)中所述石灰和所述硅质材料的 200目筛的筛余均为8-10％。
12.可选地，步骤1)中所述粘结剂为甲基纤维素谜、海藻酸钠、黄原胶中的一种或多
种。
13.可选地，步骤2)中所述石灰为生石灰经过消解得到的熟石灰，消解时间大于4h。
14.可选地，步骤2)中所述硅质材料为砂岩、页岩和尾矿砂中的一种或多种。
15.可选地，步骤2)中所述硅质材料中二氧化硅含量大于65％。
16.本发明的第二目的在于提供一种免烧人造磷石膏基轻集料，该免烧人造磷石膏基轻集料由上述免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法制得；所述免烧人造磷石膏基轻集料由核芯和包裹在核芯表面的核壳组成，其中，以重量份数计，核芯主要原材料为磷石膏100份，粘结剂1-3份；以重量份数计，核壳主要原材料为水泥5-10份，石灰20-25份，硅质材料65-70份。
17.相对于现有技术，本发明所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法具有以下优势：
18.1、本发明的磷石膏基轻集料无需经过高温烧结处理，降低碳排放量，符合国家建材行业发展政策。
19.2、本发明的磷石膏基轻集料颗粒采用磷石膏石膏作为核结构，因为石膏本身密度较轻，壳结构中的硅和钙在常温下不反应，在蒸压条件下，硅钙反应生产强度高的低碱度水化产物托贝莫来石和水化硅酸钙凝胶，使得本发明所得的轻集料具有密度轻、强度高的性能优势。
20.3、本发明利用工业固废磷石膏制备一种轻集料颗粒，解决磷石膏堆存量大的难题，生产成本低，拓宽了磷石膏的利用途径。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.下面将结合实施例来详细说明本发明。
23.实施例1
24.一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，具体包括以下步骤：
25.1)按重量份数计，将100份磷石膏、1份甲基纤维素醚粘结剂预先混合均匀，加入25份水，放入圆盘造粒机中形成3-5mm的圆球后，置于常温养护条件下养护24h，其中，磷石膏为块状磷石膏颗粒预先研磨得到，其200目筛的筛余为8％；
26.2)按重量份数计，将水泥5份，消解石灰25份，硅质材料砂岩70份混合，加入30份水，搅拌成粘稠状的浆料，其中，硅质材料砂岩中二氧化硅含量大于 65％，其化学成分如表1所示，且其200目筛余为8％；消解石灰为生石灰经过消解得到的熟石灰，消解时间大于4h，其200目筛余为8％；
27.3)将步骤2)的浆料包裹在步骤1)的圆球表面，制备出直径为5-20mm 的核壳结构颗粒；
28.4)将步骤3)的核壳结构颗粒置于185℃、1.2mpa饱和蒸汽压力的蒸压釜中保温8h后，降至室温，其经高温高压水热合成得到免烧人造磷石膏基轻集料。
29.表1砂岩化学成分
30.成分sio2al2o3fe2o3caomgo
wt％66.514.16.51.251.13
31.实施例2
32.一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，具体包括以下步骤：
33.1)按重量份数计，将100份磷石膏、2份粘结剂海藻酸钠预先混合均匀，加入28份水，放入圆盘造粒机中形成3-5mm的圆球后，置于常温养护条件下养护36h，其中，磷石膏为块状磷石膏颗粒预先研磨得到，其200目筛的筛余为8％；
34.2)按重量份数计，将水泥10份，消解石灰22份，硅质材料页岩68份混合，加入33份水，搅拌成粘稠状的浆料，其中，硅质材料页岩中二氧化硅含量大于65％，其化学成分如表2所示，且其200目筛余为9.5％；消解石灰为生石灰经过消解得到的熟石灰，消解时间大于4h，其200目筛余为9.5％；
35.3)将步骤2)的浆料包裹在步骤1)的圆球表面，制备出直径为5-20mm 的核壳结构颗粒；
36.4)将步骤3)的核壳结构颗粒置于195℃、1.4mpa饱和蒸汽压力的蒸压釜中保温7h后，降至室温，其经高温高压水热合成得到免烧人造磷石膏基轻集料。
37.表2页岩化学成分
38.成分sio2al2o3fe2o3caomgowt％74.19.04.41.20.6
39.实施例3
40.一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，具体包括以下步骤：
41.1)按重量份数计，将100份磷石膏、3份粘结剂黄原胶预先混合均匀，加入30份水，放入圆盘造粒机中形成3-5mm的圆球后，置于常温养护条件下养护48h，其中，磷石膏为块状磷石膏颗粒预先研磨得到，其200目筛的筛余为8％；
42.2)按重量份数计，将水泥10份，石灰25份，硅质材料尾矿砂65份混合，加入35份水，搅拌成粘稠状的浆料，其中，硅质材料尾矿砂中二氧化硅含量大于65％，其化学成分如表3所示，且其200目筛余为10％；消解石灰为生石灰经过消解得到的熟石灰，消解时间大于4h，其200目筛余为10％；
43.3)将步骤2)的浆料包裹在步骤1)的圆球表面，制备出直径为5-20mm 的核壳结构颗粒；
44.4)将步骤3)的核壳结构颗粒置于210℃、1.6mpa饱和蒸汽压力的蒸压釜中保温6h后，降至室温，其经高温高压水热合成得到免烧人造磷石膏基轻集料。
45.表3尾矿砂化学成分
46.成分sio2al2o3fe2o3caomgowt％74.19.04.41.20.6
47.对本发明实施例1-3的免烧人造磷石膏基轻集料的性能进行性测试，测试结果如表4所示。
48.由表4可知，本发明实施例1-3的免烧人造磷石膏基轻集料的免烧轻集料颗粒具有优异的性能，其符合目前对于建筑用轻集料的密度要求不大于1500 kg/m3，筒压强度不低于3.5mpa的要求。本发明利用磷石膏作为核芯结构制备核壳轻集料，石膏密度较低约为0.9g/cm3，外包裹一层胶凝材料，在高温高压条件下可以获得优异的性能，相较于高温煅
烧大大节约了所需的能耗，降低了生产成本，回收利用了工业固废磷石膏。
49.表4
50.实施例轻集料粒度/mm体积密度/(kg/m3)筒压强度/mpa实施例15-201.066.8实施例25-201.138.6实施例35-201.287.3
[0051] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按重量份数计，将100份磷石膏、1-3份粘结剂预先混合均匀，加入25-30份水，放入圆盘造粒机中形成3-5mm的圆球后，置于常温养护条件下养护24-48h；2)按重量份数计，将5-10份水泥、20-25份石灰、65-70份硅质材料混合，加入30-35份水，搅拌成粘稠状的浆料；3)将步骤2)的浆料包裹在步骤1)的圆球表面，制备出直径为5-20mm的核壳结构颗粒；4)将步骤3)的核壳结构颗粒置于185-210℃，1.2-1.6mpa饱和蒸汽压力下保温6-8h，经高温高压水热合成得到免烧人造磷石膏基轻集料。2.根据权利要求1所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述磷石膏、步骤2)中所述石灰和所述硅质材料的200目筛的筛余均为8-10％。3.根据权利要求1所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述粘结剂为甲基纤维素谜、海藻酸钠、黄原胶中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述石灰为生石灰经过消解得到的熟石灰，消解时间大于4h。5.根据权利要求1所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述硅质材料为砂岩、页岩和尾矿砂中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述硅质材料中二氧化硅含量大于65％。7.一种免烧人造磷石膏基轻集料，其特征在于，所述免烧人造磷石膏基轻集料由权利要求1至6任一项所述的免烧人造磷石膏基轻集料的制备方法制得；所述免烧人造磷石膏基轻集料由核芯和包裹在核芯表面的核壳组成，其中，以重量份数计，核芯主要原材料为磷石膏100份，粘结剂1-3份；以重量份数计，核壳主要原材料为水泥5-10份，石灰20-25份，硅质材料65-70份。

技术总结

本发明公开了一种免烧人造磷石膏基轻集料及其制备方法，该免烧人造磷石膏基轻集料由核芯和包裹在核芯表面的核壳组成，其中，以重量份数计，核芯主要原材料为磷石膏100份，粘结剂1-3份；以重量份数计，核壳主要原材料为水泥5-10份，石灰20-25份，硅质材料65-70份，其经过高温高压水热合成得到。本发明所得的轻集料具有低的体积密度和高的力学性能，且本发明主要采用磷石膏制备轻集料，为磷石膏的资源化利用提供新的途径，其制备过程无需经过高温烧结处理，降低碳排放量，符合国家建材行业发展政策。符合国家建材行业发展政策。