摘 要

磷石膏是在磷化工行业的副产物。由于没有有效的利用方式，大部分磷石膏只能作为废弃物处理，无论是堆放还是填埋处理，都会占用大量土地，对环境产生严重污染。矿渣是冶炼行业的高炉排出的残渣，主要成分是玻璃体，具有令人满意的胶凝性和较小的水硬性。过硫磷石膏矿渣泡沫水泥是用这两种废渣为对象，实现变废为宝。

采用45%的烧磷石膏和51%的矿渣复合，通过掺入4%的硅酸盐水泥熟料用作碱性激发剂、双氧水作发泡剂，能够容易地做出保温性能、抗冻性能和耐水性能较好的水硬性或气硬性胶凝材料——过硫磷石膏矿渣泡沫水泥，本文对该水泥的各种性能较全面地进行了科学系统的研究。

本文研究结果表明：1、在0~2.0%的范围内，随之双氧水掺量的增加，水泥试块的体积密度随之减小，强度随之降低，对开裂度没有影响。2、2.0%双氧水掺量的该水泥经五次冻融循环后，质量损失较低，强度损失也较低，具有较好的抗冻性能。3、2.0%双氧水掺量的水泥在水中养护过程中，到28天趋于稳定。具有较好的抗流水侵蚀能力。4、2.0%双氧水掺量时，100℃内，该水泥所制试块具有较好的抗高温性能，温度高于100℃时，抗高温性能显著下降。5、2.0%双氧水掺量时，碳化7d，强度损失近50%，试块完全碳化，抗碳化性能较差。

关键词：过硫磷石膏矿渣水泥；发泡水泥；发泡混凝土。

Abstract

Phosphorus gypsum is the industrial by-product of phosphoric acid by wet process of phosphoric chemical enterprise. Because there is no effective way to use, most of the phosphorus gypsum can only be dealed as waste treatment, It will occupy a large amount of land,cause serious pollution of the environment whether it is stacked or landfill treatment, Sulfur and phosphorus gypsum slag foam cement mainly used these two kinds of slag as raw materials, turning waste into treasure.

Using 45% and 51% phosphorus gypsum slag composite, by adding 4% Portland cement clinker as alkali activator, hydrogen peroxide as foaming agent. Water hard gel material with good thermal insulation performance, anti freezing property and good water resistance can be prepared. Which is what we called Sulfur and phosphorus gypsum slag foam cement In this paper, the properties of the cement were studied systematically.

The results of this study show that:

1. In the range of 0~2.0%, with the increase of hydrogen peroxide content, the volume density of the concrete block decreases, the strength decreases, and no effect on the degree of cracking.
2. 2% hydrogen peroxide content of the cement after five freeze-thaw cycles, the quality loss is low, the strength loss is also low, with better frost resistance performance
3. When the 2% hydrogen peroxide content of cement was in the process of water conservation. There were a small amount of quality reduction in the early stage , quality increasing when 14 days , tend to be stable when 28 days.It has a good ability to resist water erosion
4. When 2% hydrogen peroxide dosage, and under 100degrees, the cement has good temperature resistance, But when the temperature is higher than 100, the temperature resistance is very poor.
5. when the amount of hydrogen peroxide added is 2% , and was carbonizedfor 7days, the test block is completely carbonization, the strength loss is nearly 50%, Anti carbonization performance is very poor.

Key Words： persulphated phosphogypsum-slag foam cement；foam cement；Foamed concrete.

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1磷石膏用作水泥缓凝剂^[8] 3

1.2.2磷石膏用作水泥矿化剂^[10] 3

1.2.3磷石膏用作硫酸联产水泥 4

1.2.4磷石膏制备建筑石膏 5

1.2.5磷石膏制备胶凝材料 5

1.2.6磷石膏用于农业 6

1.2.7磷石膏应用存在的问题 6

1.3研究目的、研究内容与技术路线 7

1.3.1研究目的 7

1.3.2主要研究内容 7

1.3.3技术路线 8

第二章 原材料与实验方法 9

2.1原材料制备与分析 9

2.1.1烧磷石膏 9

2.1.2水泥熟料 9

2.1.3矿渣 9

2.1.4双氧水 9

2.2试验仪器 10

2.3试验方法 11

2.3.1密度 11

2.3.2勃氏比表面积 11

2.3.3强度测试 12

2.3.4体积密度 12

2.3.5开裂度 12

2.3.6抗冻性能实验 13

2.3.7耐水性能实验 13

2.3.8耐高温性能实验 14

2.3.9碳化实验 14

2.3.10流动度的测定 15

第三章 过硫磷石膏矿渣发泡水泥性能影响因素 16

3.1双氧水掺量对PSC性能的影响 16

3.2抗冻性能实验 21

3.3耐水性实验 22

3.4耐高温性能实验 23

3.5抗碳化性能实验 24

第四章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

 磷石膏是磷化工行业生产的副产物，其中，磷肥产业以及磷酸生产工艺中，磷酸都是通过过滤洗涤磷酸矿粉生产萃取的料浆得到的，在过虑洗涤料浆的过程中，不可避免地会副产磷石膏固体废弃物。磷矿石与硫酸按式（1-1）进行反应：

Ca₅F(PO₄)₃ 5H₂SO₄ 10H₂O→3H₄PO₃ 5CaSO₄·2H₂O HF↑ (1-1)

磷石膏的副产量是磷酸产量的五倍左右，是磷酸二铵产量的3倍左右。目前我国的磷石膏存量很多且增长速度很快。以每年至少三千多万吨的速度增加，且增长速度也在加快。现今全世界范围内，能够得到充分回收的磷石膏不到15%，这些回收的磷石膏主要是用于水泥生产中替代天然石膏做缓凝剂、矿渣水泥中作激发剂、石膏制品防火墙体材料等领域，剩余的85%的磷石膏由于没有有效的利用手段，不能得到妥善的处置，只能作为固体废弃物或露天堆放、或填入大海处理。堆放没有得到处理的磷石膏，不但白白浪费了广阔的土地资源，而且还会对磷石膏堆场周围的自然环境包括但不限于土壤、地下水、植被、地表水、大气等造成十分严重的污染，甚至构成会严重的安全隐患。因此十分有必要对磷石膏的无害处理和回收手段展开研究。

未经处理的磷石膏是粉末状固体，颜色为主要会灰黄色，容重0.743～0.98g/cm³，磷石膏的颗粒直径范围一般分布在5～15um以内, 磷石膏一般含有70%～90%的二水硫酸钙，即CaSO₄·2H₂O，此外，磷石膏还含有许多杂质如Ca(H₂PO₄)₂·H₂O、Ca₃(PO₄)₂、H₃PO₄、CaHPO₂·2H₂O、残留酸、氟化物（NaAlF₆、NaFeF₆NaF、Na₂SiF₆和CaF₂等）、SO₄^2-离子、重金属（如Cr、Cd、Zn和Cu等）、有机物等，这些杂质都牢牢的吸附在石膏晶体^[1]上，磷石膏所含杂质的含量与种类不仅与磷矿石的来源地（即矿石成分）有关，也与副产这些磷石膏的磷酸的生产工艺有关。