磷石膏部分分解及硫铝酸盐水泥制备

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1、磷石膏部分分解及硫铝酸盐水泥制备重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：张健指导教师：钱觉时教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月PhosphogypsumPartiallyDecomposedandPreparingSulphoaluminateCementAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByZhangJianSupervisedbyProf.

2、QianJueshiSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringCollegeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要磷化工业的迅速发展给磷石膏的处理利用带来巨大难题，随着磷石膏的排放量每年以千万吨增加，但磷石膏资源化利用程度远不足以消除其对环境产生的巨大影响。本文提出利用磷石膏单独部分分解制硫铝酸盐水泥的思路，磷石膏未反应的磷石膏将全部替代天然石膏，分解的磷石膏生成CaO将部分取代石灰石为硫铝酸盐水泥熟料

3、提供Ca组分，以此达到大量消纳磷石膏的目的，对磷石膏的资源化利用具有实用价值和理论意义。通过采用HSC热力学软件对磷石膏和磷石膏-焦炭体系可能发生的化学反应自由能进行计算，并结合两种体系的综合热分析研究结果可知，提高体系初始升温温度及还原气氛有利于磷石膏的分解，后期存在一定的氧浓度有利于副产物CaS向CaO的转化。通过对磷石膏分解试验研究发现，恒温时间、磷石膏质量、磷石膏与焦炭体系中碳与硫物质的量之比（以C/S表示）及还原气氛持续时间对磷石膏分解率均存在一定的影响。恒温时间延长有利于磷石膏分解率的提高，磷石膏分解率随着磷石膏质量的增加而降低。在还原气氛下，C/S=

4、1的磷石膏-焦炭体系中磷石膏分解率高于C/S=0.7磷石膏-焦炭体系中磷石膏的分解率，通过坩埚封存的方法可延长还原气氛存留时间有利于磷石膏分解率的提高。最终得出单独煅烧磷石膏在1250℃恒温2h分解率可达75%，磷石膏-焦炭坩埚封存体系在1300℃恒温30min分解率达到80%，同时两种状态下超过以上温度的磷石膏均会在高温时熔融，冷却后出现玻璃态。对两种制度下磷石膏释放的SO2进行理论浓度计算表明SO2理论浓度已达到收集制酸要求，因此选取这两种制度处理后的磷石膏进行后续试验。将分解率达到75%和80%的磷石膏（残余物以CaSO4和CaO为主）与矾土、石灰石按一定比

5、例混合烧制熟料并制成水泥，将制得的熟料和水泥与传统的硫铝酸盐熟料及水泥性能进行对比研究。生料热分析研究结果表明，以部分分解的磷石膏配制的原料烧成过程与传统硫铝酸盐水泥熟料烧成过程矿物形成峰出现温度一致。熟料XRD分析结果表明，熟料矿物组成为CAS和C2S相与所设计矿物组43成一致。经计算熟料矿物组分含量与设计值相差不大，熟料烧成质量良好。部分分解的磷石膏制得的硫铝酸盐水泥与传统硫铝酸盐水泥性能相比，水化初期放热峰出现的时间及放热量大致相同，硬度与传统硫铝酸盐水泥相比略低，水化产物矿物组成相同且相当致密丰富。由此可见，磷石膏部分分解取代天然石膏和石灰石的思路经初步验

6、证是可行的，分解率达到75%和80%的磷石膏烧制硫铝酸盐水泥熟料时，其磷石膏消纳量I重庆大学硕士学位论文分别为未分解的磷石膏直接替代天然石膏烧制熟料所消纳磷石膏量的4倍和5倍，可以通过此方式达到大量消纳磷石膏的目的。关键词：磷石膏，分解特性，分解率，石灰石，硫铝酸盐水泥II英文摘要ABSTRACTWiththeannualemissionsofmillionsofphosphogypsumincreasing,therapiddevelopmentofphosphateindustryisahugeproblemfordisposeofphosphogypsum,

7、utilizationofphosphogypsumisnotsufficienttoeliminatethehugeimpactontheenvironment.Thispaperproposesthatphosphogypsumisusedfortheproductionofsulphoaluminatecement,apartofthephosphogypsumisdecomposedintoCaO,whichreplacethelimestoneofsulphoaluminatecementclinker.Theunreactedphosphogypsum

8、synth