工艺参数对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响_杨三可

0前言磷石膏是湿法生产磷酸时排放的固体废弃物，每生产1t 磷酸将产生5t 左右的磷石膏，大量堆积的磷石膏不仅占用土地资源，而且还污染环境。

磷石膏可应用于制备建筑石膏、石膏砌块、石膏板、石膏砖等建筑材料[1-4]。

但由于磷石膏制品普遍存在耐水性能较差的缺点，以至于磷石膏资源化利用率降低。

石膏有3种晶相（二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水硫酸钙），它们的溶解速度存在差异，其中无水硫酸钙的溶解速度最小[5]。

杨林等[6]通过控制制品的石膏相分布，使其具有一定量的无水硫酸钙，同时设法在制品中形成一定的水硬性物质并交互错生在无水硫酸钙的微观结构中，成功地制备出磷石膏掺量大、强度高及耐水性能好的磷石膏耐水蒸压砖，但是制备工艺参数对其性能的影响尤为显著。

因此，本文通过改变物料水灰比、成型压力、预养护时间等工艺参数，研究工艺参数对耐水磷石膏砖物理性能的影响，为制备强度高、耐水性能好的高掺量耐水型磷石膏蒸压砖提供技术参数。

1实验1.1原材料磷石膏：取自贵州某湿法磷酸厂，化学成分SiO 23.08%，Al 2O 30.41%，CaO 29.82%，MgO 0.11%，SO 341.86%，F 0.41%，P 2O 52.35%，Fe 2O 32.35%，结晶水19.11%。

磷渣粉：取自贵阳某黄磷厂，化学成分SiO 237.49%，Al 2O 33.52%，CaO 43.36%，MgO 1.73%，F 1.06%，P 2O 53.41%，Fe 2O 31.67%。

碱性激发剂：自制。

1.2实验方法将磷石膏75%（质量比）、磷渣粉25%以及外掺3%碱性摘要：采用工业废渣磷石膏、磷渣粉、碱性激发剂为原料制备高掺量耐水型磷石膏蒸压砖，研究工艺参数对制品强度及耐水性能的影响。

结果表明，随着混合物料水灰比的增大，耐水型磷石膏蒸压砖的抗压强度与软化系数先增大后下降；随着成型压力、预养护时间及蒸压温度的增大，磷石膏蒸压砖的强度与软化系数提高。

制品的XRD 以及SEM 分析结果表明，磷渣粉被碱性激发剂激发后生成的水化产物主要是C-S-H 凝胶及托勃莫来石。

这些水化产物与磷石膏蒸压后所生成的无水硫酸钙晶体相互错生在一起，这种特殊的结构使得耐水型磷石膏蒸压砖强度好、软化系数高，且磷石膏掺量大。

关键词：磷石膏；耐水蒸压砖；抗压强度；软化系数中图分类号：TQ177.3+7文献标识码：A 文章编号：1001-702X （2011）-01-0030-04Effects of process parameters on properties of high phosphogypsum content and water resistant autoclaved brickYANG Sanke 1，YANG Lin 2，ZHOU Yongbo 1，BAI Guangshan 2，CAO Jianxin 2（1.Wengfu Group Limited Liability Company ，Fuquan 550501，Guizhou ，China ；2.Guizhou University ，Guiyang 550003，Guizhou ，China ）Abstract ：High phosphogypsum content and water resistant autoclaved brick has been prepared by using industrial waste residue such as phosphogypsum ，phosphorus dregs powder and alkali-activator as raw materials.The effect of process parameters on strength and water resistant of the brick has been studied.The results show that with increase of mix material water/cement ratio ，the compressive strength and softening coefficient of the brick increases first and then drops ；with increase of molding pressure ，pre-curing time and autoclaving temperature ，the strength and softening coefficient of the brick increases.XRD and SEM micrographs analysis result of the brick indicated that stimulated by alkali-activator,the phosphorus dregs powder is hydrated mainly to the C-S-H gelatin material and the mullite.These hydrated products and anhydrous calcium sulfate formed by phosphogypsum after steam pressing adhere to each other.This special microstructure provides the bricks with high strength,good water resistant and high phosphogypsum content.Key words ：phosphogypsum ；water resistant autoclaved brick ；compressive strength ；softening coefficient 工艺参数对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响杨三可1，杨林2，周永波1，柏光山2，曹建新2[1.瓮福（集团）有限责任公司，贵州福泉550501；2.贵州大学，贵州贵阳550003]基金项目：贵州省工业攻关项目[黔科合GZ 字（2009）3008]贵州省科学技术基金项目[黔科合J 字（2010）2123]收稿日期：2010-09-06作者简介：杨三可，男，1970年生，贵州思南人，高级工程师，研究方向：磷化工。

通讯作者：曹建新。

全国中文核心期刊激发剂混合均匀，按一定水灰比掺入水，搅拌，将混合物料压制成试块，试块尺寸240mm×115mm×53mm，在室温20~25℃、相对湿度70%~75%条件下进行预养护，再放入蒸压釜进行蒸压养护，自然冷却后出釜，得到待测样品。

样品的性能指标参照GB11945—1999《蒸压灰砂砖》、JC/T422—2007《非烧结垃圾尾矿砖》进行检测。

从待测样品中截取部分研磨并过100目筛，用Siemens 公司D5000型X射线衍射（XRD）仪（CuKα）进行物相分析，用德国耐驰公司NETZSCH STA449C热分析仪测试样品的差示扫描热-热重（DSC-TG）分析曲线。

从断裂样品表面截取新鲜断面，经喷碳处理后在日本JMS-5600LV型扫描电子显微镜（SEM）下观察样品的显微结构。

2实验结果及分析2.1水灰比对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响（见图1）图1水灰比对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响由图1可知，配合料水灰比小于0.23时，耐水型磷石膏蒸压砖的抗压强度及软化系数随着水灰比的增大而增大；当水灰比超过这一数值后，蒸压砖的抗压强度及软化系数却降低。

究其原因是：水灰比较小时，磷石膏蒸压砖中胶凝材料水化所需水分不足、产生强度的矿物生成量少，从而导致制品强度低，软化系数较小。

但是，随着水灰比增大，胶凝材料得以充分水化硬化，生成水硬性矿物增多，从而制品强度增大，耐水性能及软化系数提高。

当混合料中的水分超过胶凝材料水化硬化需水量时，残留水分蒸发后，致使砖体中残留较多的孔洞和空隙，从而又导致制品的强度及耐水性能下降。

因此，耐水型磷石膏蒸压砖的强度及耐水性能与物料水灰比存在一个适宜值，本研究确定水灰比以0.23为宜。

2.2成型压力对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响（见图2）由图2可以看出，随着成型压力的增大，制品抗压强度呈上升趋势，这是由于增大成型压力使制品内部物料间的排列趋于紧密，物料间反应接触面积增大，反应较完全，生成的水硬性矿物增多，制品的抗压强度增大。

同时，增大成型压力，有利于增加制品的密实度，从而减小制品的毛细管通道，削弱水分子侵蚀到制品内部的能力，因此，制品的软化系数也随着成型压力的增大而提高。

但是，当成型压力大于15MPa后，制品的抗压强度及软化系数增幅不大，趋于平缓。

当成型压力为20MPa时，磷石膏生坯砖开始出现脱模困难现象，其原因是磷石膏浆具有一定可塑性，容易粘结压头，从而影响制品的外观尺寸。

因此，采用加压成型工艺制造耐水型磷石膏蒸压砖时，不仅应综合考虑成型压力对抗压强度及耐水性能的影响，而且还应考虑磷石膏粘结性对成型设备的影响。

本研究中成型压力为15MPa时，耐水型磷石膏蒸压砖具有最佳的综合性能。

图2成型压力对高掺量磷石膏蒸压砖性能的影响2.3预养护时间对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响（见表1）表1磷石膏生坯砖抗压强度及出釜后制品性能由表1可知，随着预养护时间的延长，砖坯的抗压强度呈上升趋势。

当砖坯预养护时间在1d以内，其抗压强度增长趋势不大，这主要是由于磷渣粉处于水化初期，水化速度缓慢，生成的强度矿物较少，砖坯的强度较低，因此，在蒸压养护过程中砖坯不能克服水分快速蒸发而产生的应力，导致蒸压砖出现起泡、微裂纹等不良现象，这些制品的抗压强度差，软化系数低。

当砖坯预养护时间达到2d时，砖坯的抗压强度显著增大（达1.33MPa）。

这表明磷渣粉经过较长时间的水化反应，生成一定量的水硬性胶凝物质，提高砖坯的抗压强度。

砖坯经蒸压养护后，表观状态良好，抗压强度及软化系数较高。

可见，延长预养护时间有助于提高耐水型磷石膏蒸压砖的抗压强度及软化系数。

但是，预养护时间对生产周期的影响较大，因此，合理选择预养护时间也是高掺量耐水型磷石膏蒸压砖制备的关键。

本研究中适宜的预养护时间为3d。

预养护时间30min1h5h1d2d3d4d 砖坯抗压强度/MPa0.430.450.610.98 1.33 1.37 1.39砖的表观状态起泡起泡起泡微裂纹良好良好良好砖的抗压强度/MPa----10.614.714.7砖的软化系数----0.730.860.87杨三可，等：工艺参数对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响2.4蒸压温度对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响为了确定高掺量耐水型磷石膏蒸压砖的蒸压制度，对磷石膏进行综合热分析，结果见图3。