一种磷石膏胶凝材料及其制备方法【技术领域】[0001]本发明涉及一种磷石膏胶凝材料及其制备方法，属于磷石膏、粉煤灰处理利用与建筑材料【技术领域】。[0002]磷石膏是磷化工行业硫酸与磷矿石反应，湿法生产磷酸过程中所产生的酸性固体废弃物，主要成分为CaSO4.2Η20。磷石膏除含CaSO4外，还含有少量未分解的磷矿粉、未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁铝化合物、酸不溶物以及潜在的放射性元素镭(Ra )、铀(U )、钍(Th )等多种危害环境和生物的有害杂质，导致目前利用率很低，未能利用的大量磷石膏通常采用露天堆存或直接排放入海的处理方式，对陆地环境及海洋均造成较大的污染，严重影响了人类的生存环境。2006年5月，我国国家环保总局在“环函(2006)176号文”中将磷石膏定性为危险废物。[0003]据统计，每生产I吨P2O5磷酸约产生4.8~5.5t磷石膏。美国弗罗里达磷酸盐研究所所长保罗.克利福德在“2010年中国国际磷石膏堆放及综合利用技术开发与推广研讨会”上透露，目前全世界工业副产磷石膏堆放总量已达56亿t，每年会新增1.1~1.5亿t，且新增数量在2025到2040年期间还会翻倍。我国目前磷石膏年排放量占世界排放量的1/3左右，而利用率还不足总量的10%。大量磷石膏的堆积不仅严重危害周围的生态环境，而且给磷化工企业的可持续发展带来巨大的压力。因此，磷石膏的资源化处置利用已成为全球研究的热点， 如何将磷石膏安全而有效地处置利用，成为本发明的主要目的。[0004]近年来，磷石膏的开发利用主要集中在制造硫酸联产水泥及石灰、水泥缓凝剂、硫酸铵和硫酸钾以及在农业上作为土壤改良剂、硫肥和钙肥等。其中利用磷石膏作水泥缓凝剂及制硫酸联产水泥是当前磷石膏资源化利用的主要方向。[0005]磷石膏制硫酸联产水泥工艺生产硫酸和水泥从目前国内外建成的工程实例来看存在较多问题，如:工艺热耗高、生产能力低，物料容易在煅烧窑内结圈、粘结甚至堵塞，使窑的通风明显恶化，燃料燃烧不完全，产量大幅下降。所生产出来的水泥熟料性能不良，产品质量不稳定，达不到相关标准。另一方面，利用磷石膏制造硫酸联产石灰的技术也存在所得到的石灰含硫太高，导致石灰无法被利用，造成资源的浪费及产生二次污染等问题。因此，积极寻求磷石膏新的利用方法，提高其在产品应用中的含量，是最终解决磷石膏问题的根本途径。[0006]本发明与磷石膏制硫酸联产水泥工艺生产硫酸和水泥技术不同，采用磷石膏在高温下煅烧分解产生CaO，与磷石膏及粉煤灰中的Si02、Al2O3发生化学反应生成含有C2S、C3S及C3A等硅铝酸盐矿物的磷石膏基胶凝材料，本材料与硅酸盐水泥熟料按4:6混合可制得28天抗压强度远高于纯熟料水泥强度的胶凝材料。同时高温煅烧过程中磷石膏中的杂质可形成难溶性盐类，从而降低磷石膏对水泥性能的不利影响。加入适当的炭组分有助于磷石膏的煅烧分解。但本发明与磷石膏制硫酸联产水泥工艺生产硫酸和水泥技术不同的是，磷石膏分解率要求不高，其未分解的烧石膏(无水CaSO4)可作为水泥缓凝剂加以利用，节约了天然石膏，进一步节约了资源，并有助于水泥强度的提高。本技术煅烧产生的烟气可回收制备硫酸。[0007]目前现有技术制备的活性水泥混合材主要有硅灰、矿渣、钢渣及粉煤灰等，硅灰和矿渣的活性较高，但价格也较昂贵。钢渣和粉煤灰活性相对较低，现有技术一般采用石膏做活性激发剂，价格也不便宜。
[0008]基于水泥工业高环境负荷、高能源消耗现状，本发明利用工业固体废物一磷石膏及粉煤灰煅烧制备磷石膏胶凝材料，这对于实现磷石膏的资源利用、促进磷肥行业绿色、健康的可持续发展和建材行业的节能、减排具有十分重要的理论意义和良好的经济、社会及环境效益。


[0009]本发明的目的在于提出一种利用磷石膏烧制的胶凝材料及其制备方法，利用磷石膏在高温煅烧分解过程中所产生的CaO与磷石膏及粉煤灰中的Si02、Al203发生反应生成各种硅酸盐与铝酸盐矿物，同时利用磷石膏中未分解的CaSO4代替天然石膏作为水泥缓凝剂，制备磷石膏胶凝材料，该磷石膏胶凝材料由以下原料制得，各原料及重量百分比为:磷石膏70~90%、煤、炭10~20% 、粉煤灰O~10%。
[0010]本发明的另一目的在于提供所述磷石膏胶凝材料的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)将磷石膏、煤、炭和粉煤灰干燥混合后粉磨至粒度为0.08mm筛筛余量小于10%的混合粉末；
(2)按0.15^0.25ml/g的比例在水中加入混合粉末，然后制成直径为I~2cm的料球；
(3)将步骤(2)中得到的料球在温度为1200~1250°C下煅烧30~50min，取出后急冷至室温，制样机中粉磨至400±10m2/kg，即得所需产品。
[0011]本发明的有益效果是:本发明把目前难以处置的磷石膏变成了一种有用的绿色环保建材加以资源化利用，减少了水泥工业对天然原料的需求量，降低生产成本，有效减轻了能源消耗及缓解了资源的紧张局势，是一种新型的绿色环保型建材，有显著的社会效益和经济效益。

[0012]下面结合对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0013]实施例1
本实施例所述磷石膏胶凝材料，由以下原料按重量比制备得到:磷石膏85%、煤、炭10%、粉煤灰5%，所用磷石膏、粉煤灰的主要化学成分如表1所示。
[0014]表1磷石膏、粉煤灰的主要化学组成