CN108530008A - 一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属回收技术领域，提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法。该新型复合材料的原料按照重量份数计包括：磷石膏1份，矿渣0.85‑0.95份和氢氧化钠0.03‑0.05份。该复合材料能够针对云南磷石膏含二氧化硅高的特点，增强磷石膏在建筑产品中的物理和力学性能；该复合材料能够增加磷石膏综合利用途径和大量消耗磷石膏；该复合材料能够相应地提高防水性能，达到室外市政工程使用要求。该制备方法包括：将磷石膏，矿渣以及氢氧化钠混合后形成混合物，向混合物中加入水，混合物与水的质量比188‑200：120，养护3天。该制备方法设计科学，操作简单，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体地说，涉及一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法。
背景技术
目前磷石膏的资源化利用重点着眼于生产水泥缓凝剂和建筑石膏胶凝材料。在实际推广过程中，仍存在运输半径小、各地磷石膏的成分和产品质量差异较大等问题。同时，由于传统工艺加工的α石膏成本高，β石膏本身的物理和力学性能限制，一般都不能用于室外市政工程。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料；该复合材料能够针对云南磷石膏含二氧化硅高的特点，增强磷石膏在建筑产品中的物理和力学性能，形成一种新型耐酸防腐材料；该复合材料能够增加磷石膏综合利用途径和大量消耗磷石膏；该复合材料能够相应地提高防水性能，达到室外市政工程使用要求。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法；该制备方法设计科学，操作简单，适用于大规模工业化生产。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
一种以磷石膏为基材的新型复合材料，其原料按照重量份数计，包括：磷石膏1份，矿渣0.85-0.95份以及氢氧化钠0.03-0.05份。
一种如上述以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法，包括：将磷石膏，矿渣以及氢氧化钠混合后形成混合物，向混合物中加入水，混合物与水的质量比188-200：120，养护3天。
本发明提供的一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法的有益效果是：
(1)本发明以磷石膏为主要原料，通过与矿渣和氢氧化钠进行复配，创造性地研发出了一种具有较高强度的新型水硬性胶凝复合材料。该复合材料可以替代通用硅酸盐水泥作为建筑材料使用，不但可消耗大量磷石膏，而且符合国家提出的节能、减排、降耗的经济发展方向；资源的合理化利用对我国磷化工业和建材工业的可持续发展具有重要意义。本发明采取磷石膏：矿渣：氢氧化钠按照上述重量份数进行复配，使得石膏基的软化系数由传统的0.6提高到0.8，相应地提高了防水性能，达到室外市政工程使用要求。此外，本发明材料生产成本在150元/吨以下，销售成本近200元/吨左右，市场前景好。
(2)本发明以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法设计科学简单高效，各反应条件之间协同配合，能够制备得到物理性能、力学性能以及防水性能优异的以磷石膏为基材的新型复合材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法进行具体说明。
一种以磷石膏为基材的新型复合材料，其原料按照重量份数计，包括：磷石膏1份，矿渣0.85-0.95份以及氢氧化钠0.03-0.05份。
上述各原料的选用及配比经过科学设计，以使各种原料之间相互配合能够发挥协同增效的作用，采用这种配比，能够大大提高制备的新型复合材料的物理性能、力学性能和防水性能。
进一步地，发明人创造性地发型，当按照重量份数计，磷石膏为1份，矿渣为0.85-0.9份以及氢氧化钠为0.03-0.04份时，制备得到的新型复合材料的物理性能、力学性能和防水性能更加优异。当按照重量份数计，磷石膏为1份，矿渣为0.85份以及氢氧化钠为0.04份时，制备得到的新型复合材料的物理性能、力学性能和防水性能最为优异。
需要说明的是，在本实施例中，磷石膏采用的是生产高浓度磷复肥时产生的磷石膏；所述矿渣采用钢铁厂生产的铁矿渣，以利于节省成本，废物再利用。氢氧化钠采用饱和氢氧化钠溶液经沉淀后的上清液。由于氢氧化钠具有很强的吸水性和极易吸收空气中的CO2，因此市售的氢氧化钠中常含有Na2CO3。Na2CO3对使用影响较大，需要除去。由于Na2CO3在饱和氢氧化钠溶液中几乎不溶解，会慢慢沉淀出来，因此，在本实施例中，先将氢氧化钠配成饱和溶液，待Na2CO3沉淀后，再吸取上清液即可。
在本实施例中，磷石膏的附着水小于10％湿粉，磷石膏的pH＝2-5，磷石膏的水溶性氟<0.5％，以及磷石膏的粒径小于50μm；上述磷石膏的性能指标的控制有利于磷石膏中的有效物质充分发挥，以利于与其他原料进行充分的复配增效。
在本实施例中，铁矿渣的检测含水率小于2％，铁矿渣的干基固相物含量大于95％。上述铁矿渣的性能指标的控制有利于铁矿渣中的有效物质充分发挥，以利于与其他原料进行充分的复配增效。在本实施例中，铁矿渣的粒径控制为0.04-0.06mm；进一步地铁矿渣的粒径控制为0.05mm，以利于铁矿渣中的有效物质充分地发挥，并有利于铁矿渣与其他原料进行充分的混合。
一种以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法，包括：将上述质量配比的磷石膏，矿渣以及氢氧化钠混合后形成混合物，向混合物中加入水，混合物与水的质量比188-200：120，养护3天。采用上述混合物与水的质量配比进行养护，制得的新型复合材料，其具有优异的物理性能、力学性能和防水性能。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.03份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
实施例2
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.95份以及氢氧化钠0.05份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
实施例3
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.9份以及氢氧化钠0.03份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
实施例4
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.9份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
实施例5
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
实施例6
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比200：120，养护3天。
实施例7
本实施例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比189：120，养护3天。
对比例1
本对比例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.84份以及氢氧化钠0.06份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
对比例2
本对比例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.96份以及氢氧化钠0.02份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比188：120，养护3天。
对比例3
本对比例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比187：120，养护3天。
对比例4
本对比例提供了一种以磷石膏为基材的新型复合材料，
其制备原料：按重量分数计，磷石膏1份，矿渣0.85份以及氢氧化钠0.04份。
其制备方法：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比201：120，养护3天。
实验例1
实验方法：将实施例1-7和对比例1-4提供的复合材料设置为实验组1-11，将磷石膏设置为实验组12，按照如下方法测试实验组1-12的软化系数：
将上述每组实验组提供的产品取6等份浸入温度为(20±5)℃的水中，水面应高出产品20mm，6等份的产品间距应大于5mm，48h后从水中取出，擦去表明附着水分，按GB/T5486-2008第6章的规定进行抗压强度的测定，取6等份产品检测值的算术平均值作为浸水后的抗压强度值f1；
软化系数按式1进行计算：
ψ＝f1/f0…………………………………………………(1)
式中：ψ—软化系数；f0—绝干状态下的抗压强度，kPa；f1—饱水状态下的抗压强度，kPa。
实验组1-12的软化系数见表1所示：
表1实验组1-12的软化系数
| 组号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 软化系数 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.79 | 0.8 | 0.7 | 0.7 | 0.71 | 0.73 | 0.6 |
由表1数据可知，相比于实验组12，实验组1-11的提供的产品的软化系数均能够达到0.7以上，说明采用本发明提供的原料按照本发明的制备方法进行复配制备得到的复合材料的力学性能和防水性能均有提高。实验组8和9的原料配比不在本发明实施例提供的范围内，其软化系数未达到0.75，说明采用本发明实施例提供的各原料配比之间的配比范围制备得到的复合材料的力学性能和防水性能更加优异。实验组10和11的制备方法中，混合物与水的配比不在本发明实施例提供的范围内，其软化系数未达到0.75，说明采用本发明实施例提供的制备方法的参数范围内，制备得到的复合材料的力学性能和防水性能更加优异。实验组1-7中，以实验组7的软化系数最高，该结果表明，当磷石膏、矿渣、氢氧化钠以及水的质量比为1:0.85:4:1.2时，制备得到的复合材料的力学性能和防水性能最为优异。
综上所述，采用本发明提供的以磷石膏为基材的新型复合材料：以磷石膏为主要原料，通过与矿渣和氢氧化钠进行复配，制备得到的新型复合材料可以替代通用硅酸盐水泥作为建筑材料使用，不但可消耗大量磷石膏，而且符合国家提出的节能、减排、降耗的经济发展方向；资源的合理化利用对我国磷化工业和建材工业的可持续发展具有重要意义。本发明采取磷石膏：矿渣：氢氧化钠按照上述重量份数进行复配，使得石膏基的软化系数由传统的0.6提高到0.8，相应地提高了防水性能，达到室外市政工程使用要求。此外，本发明材料生产成本在150元/吨以下，销售成本近200元/吨左右，市场前景好。本发明提供的以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法：设计科学简单高效，各反应条件之间协同配合，能够制备得到物理性能、力学性能以及防水性能优异的以磷石膏为基材的新型复合材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
Claims (9)
1.一种以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：其原料按照重量份数计，包括：磷石膏1份，矿渣0.85-0.95份以及氢氧化钠0.03-0.05份。
2.根据权利要求1所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：按照重量份数计，所述磷石膏为1份，所述矿渣为0.85-0.9份以及所述氢氧化钠为0.03-0.04份。
3.根据权利要求2所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：按照重量份数计，所述磷石膏为1份，所述矿渣为0.85份以及所述氢氧化钠为0.04份。
4.根据权利要求1所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：所述磷石膏采用生产高浓度磷复肥时产生的磷石膏；所述矿渣采用钢铁厂生产的铁矿渣。
5.根据权利要求4所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：所述磷石膏的附着水小于10％湿粉，所述磷石膏的pH＝2-5，所述磷石膏的水溶性氟<0.5％，以及所述磷石膏的粒径小于50μm。
6.根据权利要求4所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：所述铁矿渣的检测含水率小于2％，所述铁矿渣的干基固相物含量大于95％。
7.根据权利要求6所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：所述铁矿渣的粒径控制为0.04-0.06mm。
8.根据权利要求4所述的以磷石膏为基材的新型复合材料，其特征在于：所述氢氧化钠采用饱和氢氧化钠溶液经沉淀后的上清液。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的以磷石膏为基材的新型复合材料的制备方法，其特征在于：包括：将所述磷石膏，所述矿渣以及所述氢氧化钠混合后形成混合物，向所述混合物中加入水，所述混合物与所述水的质量比为188-200：120，养护3天。
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|---|---|---|---|
| CN201810628951.1A CN108530008A (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法 |
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| CN108530008A true CN108530008A (zh) | 2018-09-14 |
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| CN201810628951.1A Pending CN108530008A (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种以磷石膏为基材的新型复合材料及其制备方法 |
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| CN (1) | CN108530008A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101386511A (zh) * | 2008-10-21 | 2009-03-18 | 武汉理工大学 | 一种石膏基水硬性建筑砂浆及其制备方法 |
| WO2011055063A1 (fr) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Saint-Gobain Weber | Liants pour materiaux de construction |
| CN103723986A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-16 | 金川集团股份有限公司 | 一种基于磷石膏的棒磨砂充填料早强胶凝材料 |
-
2018
- 2018-06-19 CN CN201810628951.1A patent/CN108530008A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN101386511A (zh) * | 2008-10-21 | 2009-03-18 | 武汉理工大学 | 一种石膏基水硬性建筑砂浆及其制备方法 |
| WO2011055063A1 (fr) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Saint-Gobain Weber | Liants pour materiaux de construction |
| CN103723986A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-16 | 金川集团股份有限公司 | 一种基于磷石膏的棒磨砂充填料早强胶凝材料 |
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