一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石制备方法

技术领域

本发明涉及磷石膏应用技术领域，尤其是涉及一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石制备方法。

背景技术

道路工程领域的附属设施中，混凝土的应用较为普遍，且用量大，若能将固体废物磷石膏应用于制备混凝土材料中，既可以实现扩展磷石膏的有效利用途径，实现磷石膏的废物再利用，但单一的掺入磷石膏，在自然环境因素下也会发生有害离子溢出现象。

所以进行磷石膏基材料的无害化处理，形成一种环境友好型复合稳定碎石材料，才能起到保护环境的效果，且有利于磷化工工艺链的健康可持续发展，同时可以节约道路工程附属设施的费用，提高其经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种加入生石灰进行磷石膏无害化处理后，磷石膏与水泥、集料碎石、生石灰及矿渣粉混合后形成一种环境友好型的水稳碎石材料，其强度可以达到相关道路水稳基层强度要求；石灰与磷石膏中的磷和氟进行反应，生成沉淀物使其转化为惰性物质，处理后的磷石膏产品含氟量符合无害化处理的要求；将磷石膏使用于稳定碎石中，可减少填料及水泥的成本并提供一种环境友好型的磷石膏资源再利用方式。

为实现上述目的，本发明提供了一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石，由以下原料组成：集料碎石85％～87％、磷石膏13％～15％、水泥1％～1.5％、生石灰2％～5％、矿渣粉1％～2％。

一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石制备方法，包括以下步骤：

S1、将干燥后的磷石膏经小型破碎机破碎处理后，过0.75mm筛孔，获得粒径小于0.75mm的磷石膏颗粒；

S2、将集料碎石在105℃烘箱中干燥4～6h；

S3、将水泥进行压碎处理，压碎后的水泥无明显结块、颗粒细致；

S4、将生石灰粉、矿渣粉分别置于105℃烘箱中干燥0.5～1h；

S5、将步骤S1～S4中得到的磷石膏、集料碎石、水泥、生石灰粉和矿渣粉在搅拌盆中充分搅拌后，加入中性、20℃的水，而后采用手持型小型搅拌机搅拌，使得相应材料与水充分拌合，直至无明显干燥材料，获得磷石膏基稳定碎石材料；

S6、将磷石膏基稳定碎石材料压实成型，形成150×150mm圆柱形试件；

S7、将成型150×150mm圆柱形混凝土试件在标准脱模机下，采用顶推法进行脱模；脱模后，将圆柱形试件放置到20℃、95％湿度条件的养护箱内，养护7天，第7天时将其放置于20℃的水槽中，且水面应略高于试件约2～3cm，试件之间间隔5～10mm，进行浸水处理，获得磷石膏基稳定碎石。

优选的，所述步骤S1中磷石膏在自然环境潮湿条件下干燥至松散半潮湿状态，干燥后含水率为14％。

优选的，所述步骤S2集料碎石无过多杂质，且需干燥处理至质量呈稳定状态。

优选的，所述步骤S3水泥为42.5型普通硅酸盐水泥，水泥采用圆柱形滚筒进行碾压处理，压碎后的水泥进行过筛处理，除去多余杂质；压碎后的水泥保持干燥，防止发生水化反应。

优选的，所述步骤S4生石灰粉破碎过筛至粒度小于0.75mm。

优选的，所述步骤S4矿渣粉研磨至20目细度且符合95％活性指数。

优选的，所述步骤S7中获得的磷石膏基稳定碎石根据GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，使用WDW-50型电子万能试验机测试不同龄期的抗压强度，磷石膏基稳定碎石抗压强度应为4MPa～6MPa。

集料碎石、磷石膏、水泥、生石灰粉、矿渣粉均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009中对胶凝材料的要求。

因此，本发明采用上述一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石制备方法，具有如下技术效果：

(1)本发明根据工业废渣磷石膏自身的化学组成，将其加入集料碎石材料中，并加入水泥、生石灰和矿渣粉，石灰与磷石膏中的磷和氟进行反应，生成沉淀物使其转化为惰性物质，处理后的磷石膏产品含氟量符合无害化处理的要求，有效提高了磷石膏的利用率；

(2)本发明制备的磷石膏基稳定碎石，磷石膏与水泥、集料碎石、生石灰及矿渣粉混合后形成一种环境友好型的水稳碎石材料，抗压强度在4MPa～6MPa之间，其强度可以达到相关道路水稳基层强度要求，可以保证水稳基层的整体强度，同时保证环境无污染；

(3)从生产原料角度而言，本发明将磷石膏使用于稳定碎石中，可以有效利用多种固体废弃物，不仅具有显著的环境效益，还可以降低生产的综合成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为预实验中生石灰预处理前IC图；

图2为预实验生石灰预处理后IC图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

预实验

采用石灰中和法对磷石膏进行无害化处理，石灰中和法是一种相对经济且可行的磷石膏无害化处理方法，该方法通过石灰与磷石膏中的磷和氟进行反应，生成沉淀物使其转化为惰性物质，处理后的磷石膏产品含氟量符合无害化处理的要求。

磷石膏主要成分见表1：

表1磷石膏成分分析(％)

制备浓度为10％磷石膏水溶液，并将磷石膏质量比0％-2％的生石灰作为添加剂添加进水溶液中，并采用pH测量计对溶液的pH值进行检测。

不同石灰掺量对磷石膏pH值的影响如表2所示：

表2生石灰掺量对磷石膏水溶液PH的影响

通过表内数据可以看出，随着生石灰掺量的增加，水溶液的pH值随之逐渐上升，当生石灰掺量为2.0％时，水溶液的pH值为8.95。因为生石灰的价格较高，且磷石膏的pH值要求不低于7，因此，初步确定生石灰掺量为2％。

将磷石膏质量比2％的生石灰作为添加剂添加进浓度为10％磷石膏水溶液中，通过原子色谱(IC)对处理前的磷石膏水溶液和处理后的磷石膏浸出液进行氟化物含量测试。生石灰预处理前IC图如图1所示，生石灰预处理后IC图如图2所示。在未进行生石灰处理时，磷石膏水溶液中可以检出氟化物，氯化物及磷酸物质等有害物质，处理后的磷石膏浸出液氟化物含量大幅降低且没有氯化物及磷酸物质等有害物质。证明石灰中和法可以有效进行磷石膏无害化处理。

实施例一

一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石，按质量份数计，包括：20～30mm的集料碎石1158.68g；10～20mm的集料碎石1448.35g；5～10mm的集料碎石1738.02g；0～5mm的集料碎石695.21g；磷石膏753.14g，水泥57.93g，生石灰粉115.87g，矿渣粉115.87g。其中，水泥、生石灰粉和矿渣粉为外掺材料。

磷石膏取自湖北宜昌市某磷石膏堆场，其陈化时间为1年，自然堆积状态的磷石膏的形态为不均匀的块状。

水泥是石灰石、粘土为原料，并且根据一定比例配制后，再类似烧石灰的立窑内般烧成熟料后经磨细制成的商用42.5型普通硅酸盐水泥。

集料碎石是石料厂破碎处理后得到的石料。

所述原料均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009中的相关要求。

一种环境友好型磷石膏基稳定碎石的制备方法，包括如下步骤：

S1、将磷石膏在自然环境潮湿条件下干燥至松散半潮湿状态，干燥后磷石膏含水量为14％。将干燥后的磷石膏经小型破碎机破碎处理后，过0.75mm筛孔，获得粒径小于0.75mm的磷石膏颗粒；

S2、将集料碎石在105℃烘箱中干燥4～6h，干燥至集料碎石质量呈稳定状态；

S3、水泥采用圆柱形滚筒进行碾压处理，压碎后的水泥无明显结块、颗粒细致；压碎后的水泥进行过筛处理，除去多余杂质；压碎后的水泥保持干燥，防止发生水化反应；

S4、将生石灰粉、矿渣粉分别置于105℃烘箱中干燥0.5～1h；生石灰粉粉碎过筛至粒度小于0.75mm；矿渣粉研磨至20目细度且符合95％活性指数。

S5、将步骤S1～S4中得到的磷石膏、集料碎石、水泥、生石灰粉和矿渣粉搅拌后，加入中性、20℃的水，充分拌合至无明显干燥材料，获得磷石膏基稳定碎石材料；S6、将磷石膏基稳定碎石材料在RFP-03型智能测力仪作用下进行压实成型，形成150×150mm圆柱形试件；

S7、将成型圆柱形试件，在标准脱模机下进行脱模，之后放置到20℃、95％湿度条件的养护箱内，养护7天，第7天时将其放置于20℃水槽中，且水面应略高于试件约2～3cm，试件之间间隔5～10mm，进行浸水处理，获得磷石膏基复合稳定碎石。

实施例二

采用实施例一中的制备方法，不同之处在于：原料包括如下组分：20～30mm的集料1158.68g；10～20mm的集料1738.02g；5～10mm的集料1448.35g；0～5mm的集料695.21g；磷石膏753.14g，水泥57.93g，生石灰115.87g，矿渣粉144.83g。所述各原料均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009中的相关要求。

实施例三

采用实施例一中的制备方法，不同之处在于：原料包括如下组分：20～30mm的集料5765.40g；10～20mm的集料1441.35g；5～10mm的集料1729.62g；0～5mm的集料691.85g；磷石膏749.50g，水泥86.48g，生石灰115.31g，矿渣粉115.31g。所述各原料均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009中的相关要求。

实施例四

采用实施例一中的制备方法，不同之处在于：原料包括如下组分：20～30mm的集料5765.40g；10～20mm的集料1441.35g；5～10mm的集料1729.62g；0～5mm的集料691.85g；磷石膏749.50g，水泥86.48g，生石灰115.31g，矿渣粉144.135g。所述各原料均满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009中的相关要求。

性能测试：

为了评价磷石膏基稳定碎石的性能，将其与规范要求做对比。参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTGE51-2009的试验流程，对实施例一、实施例二中获得的磷石膏基稳定碎石无侧限抗压强度实验。抗压强度见表3。

表3抗压强度

由以上性能测试结果可以看出制备的磷石膏基稳定碎石可以达到规范要求的强度。

因此，本发明采用上述的一种环境友好型磷石膏基复合稳定碎石制备方法，磷石膏与水泥、集料碎石、生石灰及矿渣粉混合后形成一种环境友好型的水稳碎石材料，其强度可以达到相关道路水稳基层强度要求；石灰与磷石膏中的磷和氟进行反应，生成沉淀物使其转化为惰性物质，处理后的磷石膏产品含氟量符合无害化处理的要求；将磷石膏使用于稳定碎石中，可减少填料及水泥的成本并提供一种环境友好型的磷石膏资源再利用方式。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。