混合相磷石膏基胶结材制备与早期性能研究
收稿日期: 2023-08-23
网络出版日期: 2024-03-14
基金资助
三峡库区生态环境教育部工程研究中心开放基金课题项目(KF2022-11);宜昌市自然科学研究项目(A23-2-020)
Research on preparation and early performance of mixed phase phosphogypsum-based cementing materials
Received date: 2023-08-23
Online published: 2024-03-14
以混合相磷石膏为主要原料，掺入矿渣、赤泥、偏高岭土、熟料制备混合相磷石膏基胶结材，通过抗压强度、pH和浸出毒性测试研究其早期性能，采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）测试分析水化机理。结果表明：53.76%（质量分数，下同）混合相磷石膏、9.68%矿渣、9.68%赤泥、16.13%偏高岭土和10.75%熟料可制备出性能最优的混合相磷石膏基胶结材，其3、5、7 d抗压强度分别达到8.93、10.99、13.14 MPa，pH碱性低于传统水泥基材料，总磷、氟化物浸出浓度均满足污水综合排放标准要求；磷石膏在400 ℃下煅烧60 min形成半水-无水混合相磷石膏，其中半水石膏和无水石膏的相对含量分别为31.7%和68.3%。混合相磷石膏基胶结材水化生成的水化硅酸钙凝胶、钙矾石和透钙磷石等物质形成致密结构，提升材料强度，阻隔污染物F-、PO43-浸出。混合相磷石膏基胶结材具有良好的力学性能和环境相容性，可为磷石膏规模化消纳提供新途径。
王茹霆 , 赵小蓉 , 黄绪泉 , 王豪杰 , 薛菲 , 蔡家伟 . 混合相磷石膏基胶结材制备与早期性能研究[J]. 无机盐工业, 2024 , 56(3) : 98 -104 . DOI: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0421
Mixed phase phosphogypsum was used as the main raw material，and slag，red mud，metakaolin and clinker were added to prepare mixed phase phosphogypsum-based cementing material.Its early performance was studied by compressive strength，pH and leaching toxicity tests，and the hydration mechanism was elaborated by X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscope（SEM） and Fourier transform infrared spectroscopy（FT-IR） tests.The results showed that 53.76%（mass fraction，the same below） of mixed phase phosphogypsum，9.68% of slag，9.68% of red mud，16.13% of metakaolin and 10.75% of clinker could prepare the mixed phase phosphogypsum cementing material with optimized performance，and its compressive strength at the 3，5 d and 7 d were 8.93，10.99 MPa and 13.14 MPa respectively.Its pH alkalinity was lower than that of traditional cement-based materials，and the leaching concentration of PO43- and F- were lower than the limit of the integrated wastewater discharge standard.The results of microscopic analysis showed that phosphogypsum was calcined at 400 ℃ for 60 min to form hemihydrate-anhydrate mixed phase phosphogypsum，in which the relative contents of hemihydrate and anhydrate gypsum were 31.7% and 68.3% respectively.The hydrated calcium silicate gel，ettringite and brushite generated by hydration of mixed phase phosphogypsum-based cementing materials formed dense structures，which would improve the strength of materials and block the leaching of pollutants.The mixed phase phosphogypsum-based cementing material had good mechanical properties and environmental compatibility，which provided a new potential way for the large-scale consumption of phosphogypsum.
Key words： phosphogypsum; mixed phase; cementing material; leaching toxicity; micro structure
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