一種鐵系磷酸鹽水泥的製作方法

2023-09-15 19:29:00

一種鐵系磷酸鹽水泥的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鐵系磷酸鹽水泥，屬於建築材料【技術領域】；該膠凝材料由粒度均為1～100μm的下述重量份的原料混合均勻後製成：酸式磷酸鹽100份，富含鐵氧化物廢渣400-800份，調凝材料3-6份，其它工業廢渣10-30份，水15-200份，以重量份計；本發明具有凝結時間從幾分鐘到幾小時之間任意可調，快硬、高強、粘結性強、後期強度不倒縮、常溫快速硬化等優點；本發明發製備工藝簡單、可施工性強，適合於道路、機場跑道、橋梁、隧道、爐灶、壩渠等工程結構缺陷的快速搶修，並在富含放射性元素、重金屬元素及砷等高危廢渣固化方面具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種鐵系磷酸鹽水泥

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鐵系磷酸鹽水泥，屬於建築材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002]磷酸鹽水泥，是利用鹼土金屬氧化物與磷酸或酸式磷酸鹽發生化學反應而獲得的一種具有膠凝性的材料體系，研究較為成熟的是磷酸鎂水泥，又稱為化學結合磷酸鎂陶瓷，通常由磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀等酸式磷酸鹽、氧化鎂粉、緩凝劑及摻合料等製備而成，在水相介質下可以快速發生反應形成具有類似陶瓷體結構；具有高強、快凝、抗鹽抗凍性、耐磨性及而酸腐蝕性等優良性能，適合於道路、機場、高溫爐等快速修補。
[0003]對於磷酸鎂水泥的製備其主要原料為氧化鎂，成本較高，另外為了控制氧化鎂的反應活性以減慢其凝固速度，通常必須使用經過1200°C高溫煅燒的重燒氧化鎂，能耗非常高，即使如此，其凝固時間仍難以有效控制，施工性能差，材料放熱量高，不利於高溫及大面積施工，因此為了達到合適的凝固速度，還需要添加一定量的硼酸鹽類緩凝劑，導致整個製備過程成本過高，嚴重製約了此類膠凝材料的推廣應用。如果能夠找到一種價格低廉的富含鹼土金屬氧化物的原料替代氧化鎂，既可以降低此類材料的製備成本，又可以實現固體廢棄物資源化，具有一定的環境效益和社會效益，此類技術的開發，將很大程度地拓寬磷酸鹽體系膠凝材料的市場及應用前景。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是利用富含鐵氧化物廢渣、其它工業廢渣為原料，與酸式磷酸鹽反應製備凝固速度適中、高強、後期強度穩定的鐵系磷酸鹽水泥，該鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣400-800重量份，調凝材料3-6重量份，其它工業廢渣10-30重量份，水15-200重量份。
[0005]本發明所述的酸式磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉中的一種或兩種以上的混合物。
[0006]本發明所述調凝材料為硼酸、硼砂中的一種或兩種的混合物。
[0007]本發明所述其它工業廢渣所述其它工業廢渣為鋁氧化物或者鈣氧化物不低於20%的富鋁工業廢渣或者富鈣工業廢渣，如粉煤灰、礦渣等富鋁、鈣質工業廢渣，添加到體系中可改善澆注過程中材料的塑性，也可起到部分緩凝作用。
[0008]本發明所述富含鐵氧化物廢渣為含鐵氧化物不低於30%的廢洛，如銅渣、赤泥等。
[0009]本發明所述鐵系磷酸鹽水泥按常規方法製備得到:先將富含鐵氧化物廢渣及其它工業廢渣烘乾、破碎、粉磨至180目，然後稱取酸式磷酸鹽和調凝材料，將幾種固相物料混合均勻後，添加水後放於膠砂攪拌機中攪拌均勻，就可以用於澆注成型，完全凝固後脫模，養護至一定齡期即可使用。
[0010]可以在30min~4h靈活調節其凝固時間，改善鐵系磷酸鹽膠凝材料的微觀結構特性，大幅提聞其後期強度的穩定性。
[0011]富含鐵氧化物廢渣主要指銅渣、赤泥等；此類廢渣需經乾燥、破碎、粉磨、活化及熱處理等預處理工序；所述的銅渣是煉銅過程中排放的一種有色金屬廢渣，含30-60%的FeO，其主要礦物相為鐵橄欖石；赤泥是從鋁土礦中提煉氧化鋁後排出的工業固體廢物，含Fe2O3量 30-60%。
[0012]本發明所述成型方式可以為澆注成型，也可以為壓製成型，本發明所述鐵系磷酸鹽水泥可用於機場、道路、鍋爐等的快速修補，還可適用於重金屬元素的高效固化/穩定化處理，同時與纖維、粗骨料等增強材料混合可製備高強、快凝結構材料。
[0013]本發明的有益效果為:
(1)本發明所述鐵系磷酸鹽水泥，相比於鎂系磷酸鹽水泥，材料的製備反應過程更為溫和，其可施工性更強、後期強度穩定性更好；
(2)由於本發明採用的主要原料為銅渣、赤泥等工業廢渣，因此不但大大降低了生產成本，同時實現的固體廢渣的綜合利用； (3)本發明在鐵系磷酸鹽水泥中含有粉煤灰、礦渣等富鋁、鈣質工業廢渣，不僅可以起到調節膠凝材料體系的塑性的作用，同時也具有一定的緩凝作用；
(4)對於銅渣等有色冶煉廢渣中含有一定量的Pb、Cr、Cd等重金屬離子，在自然堆放過程中，雨淋、水浸都會對水體造成重金屬汙染，而目前對此類重金屬離子的固化/穩定化處理技術，效果較好的是磷酸鹽材料固化處理技術，故利用銅渣等工業廢渣製備磷酸鹽水泥，既可以實現固體廢渣的綜合利用，也可以實現以廢治汙。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的工藝流程圖；
圖2是實施例3鐵系磷酸鹽水泥XRD圖；
圖3是實施例3鐵系磷酸鹽水泥SEM圖。

【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護範圍並不限於所述內容。
[0016]實施例1
本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料混合均勻後製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣400重量份，調凝材料3重量份，其它工業廢渣30重量份，水15重量份。
[0017]本實施例所述酸式磷酸鹽為磷酸氫二鈉，調凝材料為硼砂，其它工業廢渣為粉煤灰(主要成分的含量為S12 48.96%，Al2O3 30.13%，Ca04.81%)，富含鐵氧化物的廢渣銅渣(主要成分的含量為 S12 32.36%, Al2O3 3.13%, Fe035.68%, Ca06.8%)。
[0018]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將廢銅渣粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸氫二鈉與廢銅渣、粉煤灰、硼砂，先把銅渣與粉煤灰混合均勻，把酸式磷酸鹽和硼酸鈉溶解於水中，待溶解完畢後，與銅渣與粉煤灰混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0019]本實施例得到的鐵系磷酸鹽水泥在常溫下乾燥環境中養護，測試其力學性能為:當凝固時間為 2h，ld、3d、7d、28d 抗壓強度分別為 26.1Mpa,42.3Mpa、56.3Mpa、72.4Mpa。
[0020]實施例2
本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料混合均勻後製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣500重量份，調凝材料4重量份，其它工業廢渣20重量份，水40重量份。
[0021]本實施例所述酸式磷酸鹽為磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀按1:1:1的比例混合後的混合物，調凝材料為硼砂，其它工業廢渣為磷渣(主要成分的含量為S1241.08%, Ca047.60%, Al2O3 4.13%)，富含鐵氧化物的廢渣銅渣(主要成分的含量為S1232.36%, Al2O3 3.13%, Fe035.68%, Ca06.8%)。
[0022]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將廢銅渣粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀與廢銅渣、磷渣、硼砂，先把銅渣與磷渣混合均勻，把酸式磷酸鹽和硼酸鈉溶解於水中，待溶解完畢後，與銅渣與磷渣混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0023]本實施例得到的鐵系磷酸鹽水泥在常溫下乾燥環境中養護，測試其力學性能:當凝固時間為 lh，ld、3d、7d、28d 抗壓強度分別為 35.4Mpa、48.2Mpa、60.3Mpa、79.4Mpa。
[0024]實施例3
本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料混合均勻後製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽 100重量份，富含鐵氧化物廢渣600重量份，調凝材料4.5重量份，其它工業廢渣20重量份，水60重量份。
[0025]本實施例所述酸式磷酸鹽為磷酸二氫鉀；調凝材料為硼酸；其它工業廢渣為鋼渣(主要成分的含量為S12 15.34%，Al2O3 5.16%，Ca043.22%);富含鐵氧化物的廢渣銅渣(主要成分的含量為 S12 32.36%, Al2O3 3.13%, Fe035.68%, Ca06.8%)。
[0026]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將廢銅渣粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸二氫鉀與廢銅渣、鋼渣、硼酸，先把銅渣與鋼渣混合均勻，把酸式磷酸鹽和硼酸溶解於水中，待溶解完畢後，與銅渣與鋼渣混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0027]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將廢銅渣粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸二氫鉀與廢銅渣、鋼渣、硼酸，先把銅渣與鋼渣混合均勻，把酸式磷酸鹽和硼酸溶解於水中，待溶解完畢後，與銅渣與鋼渣混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0028]本實施例得到的鐵系磷酸鹽水泥在常溫下乾燥環境中養護，測試其力學性能:當凝固時間為 45min, ld、3d、7d、28d 抗壓強度分別為 42.5Mpa、56.2Mpa、68.9Mpa、82.1Mpa0
[0029]本實施例製備得到的鐵系磷酸鹽水泥的XRD圖如圖2所示，由圖可以看出鐵系磷酸鹽水泥產物相主要為無定形相磷酸亞鐵鹽，本實施例製備得到的鐵系磷酸鹽水泥的SEM圖，由圖可以看出膠凝相為球形顆粒。
[0030]實施例4
本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料混合均勻後製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣800重量份，調凝材料6重量份，其它工業廢渣10重量份，水100重量份。[0031 ] 本實施例所述酸式磷酸鹽為磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉按1:1:2:3的比例混合後得到的混合物；調凝材料為硼酸與硼砂的混合物；其它工業廢渣為粉煤灰(主要成分的含量為S12 48.96%，Al2O3 30.13%，Ca04.81%);富含鐵氧化物的廢渣銅渣(主要成分的含量為 S12 32.36%, Al2O3 3.13%, Fe035.68%, Ca06.8%)。
[0032]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將廢銅渣粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉按與廢銅渣、粉煤灰、硼酸與硼砂，先把銅渣與粉煤灰混合均勻，把酸式磷酸鹽、硼酸和硼砂溶解於水中，待溶解完畢後，與銅渣與粉煤灰混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0033]本實施例得到的鐵系磷酸鹽水泥在常溫下乾燥環境中養護，測試其力學性能:當凝固時間 1.5h, ld、3d、7d、28d 抗壓強度分別為 33.5Mpa、43.2Mpa、56.8Mpa、61.2Mpa。
[0034]實施例5
本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥由粒度為I~100 μ m的以下原料混合均勻後製成，各原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣520重量份，調凝材料3.6重量份，其它工業廢渣20重量份，水80重量份。
[0035]本實施例所述酸式磷酸鹽為磷酸二氫氨；調凝材料為硼酸；其它工業廢渣為礦渣(主要成分的含量為S12 42.46%，Al2O3 4.23%，Ca035.41%);富含鐵氧化物的赤泥(主要成分的含量為 S12 28.46%, Al2O3 9.25%, Fe040.12%, Ca02.8%)。
[0036]本實施例所述鐵系磷酸鹽水泥的製備過程:將赤泥乾燥並粉磨至180目篩餘不超過10%，稱取磷酸二氫氨與赤泥、礦渣、硼酸，先把赤泥與礦渣混合均勻，把酸式磷酸鹽和硼酸溶解於水中，待溶解完畢後，與赤泥與礦渣混合的混合物一起攪拌，製得鐵系磷酸鹽水泥。
[0037]本實施例得到的鐵系磷酸鹽水泥在常溫下乾燥環境中養護，測試其力學性能:當凝固時間 3.0h, ld、3d、7d、28d 抗壓強度分別為 27.8Mpa、39.2Mpa、53.8Mpa、60.8Mpa。
【權利要求】
1.一種鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:該鐵系磷酸鹽水泥的原料及其含量為:酸式磷酸鹽100重量份，富含鐵氧化物廢渣400-800重量份，調凝材料3-6重量份，其它工業廢渣10-30重量份，水15-200重量份。
2.根據權利要求1所述鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:所述原料的粒度為I~100μ m。
3.根據權利要求1所述鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:所述的酸式磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉中的一種或兩種以上原料按任意比例混合後的混合物。
4.根據權利要求1所述鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:所述調凝材料為硼酸、硼砂中的一種或兩種原料按任意比例混合後的混合物。
5.根據權利要求1所述鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:所述富含鐵氧化物為含鐵氧化物不低於30%的廢渣。
6.根據權利要求1所述鐵系磷酸鹽水泥，其特徵在於:所述其它工業廢渣為鋁氧化物或者鈣氧化物不低於20%的富鋁工業廢渣或者富鈣工業廢渣。
【文檔編號】C04B12/02GK104176959SQ201410399545
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】周新濤, 羅中秋, 劉守慶, 郝旭濤 申請人:昆明理工大學