碱性激发剂对钛石膏力学性能影响的研究

来源:用户上传      作者: 尚振宇 王邦

　　分别选用生石灰和水泥作为碱性激发剂，对钛石膏的力学性能进行改善。实验结果表明，两者的掺入都会使钛石膏的各项力学性能有一定程度的提高。掺加水泥对钛石膏强度的提高效果，优于掺加生石灰的效果。水泥的掺量控制在5%为好，生石灰的掺量控制在3%为好。初步分析了碱性激发剂的作用机理。
　　
　　钛石膏是用硫酸法生产钛白粉时，加入石灰（或电石渣）以中和大量酸性废水时产生的以二水石膏为主要成分的废渣[1]。每生产1t钛白粉就产生浓度10%的酸性废水100～200t。全国每年约产生钛石膏16～24万t。钛石膏几乎没有得到利用，需要大量的土地用以堆放，既浪费大量的土地，又污染环境[2]。钛石膏经过雨水的冲刷和浸泡，可溶性有害物质溶于水中，经水在环境中的流动和循环，会严重污染地表水以及地下水；另一方面，钛石膏堆积经日晒、风吹后会以粉末状飘散于大气中以及沉降到可能接触到的外物表面，既污染环境又威胁健康。
　　由于钛石膏的杂质多、品味低，目前国内外对其研究还处在探索阶段。研究主要集中在钛石膏作水泥缓凝剂、土壤改良剂，以及复合胶凝材料[3]等3个方面。本研究利用相应的工艺对钛石膏进行处理，并采用掺加碱性激发剂的方法对钛石膏进行化学改性，从而改善钛石膏的各项力学性能。
　　1.实验原料和方法
　　1.1实验原料
　　1.1.1 钛石膏 取自郑州某化工厂，钛白粉生产中产生的废渣。含水率为40%～50%。主要成分为CaSO4•2H2O。
　　1.1.2 碱性激发剂 1）硅酸盐水泥。取自新汶矿业集团特种水泥厂生产的普通硅酸盐水泥熟料；2）生石灰。取自郑州某石灰厂生产的生石灰，主要成分是氧化钙，含钙量87%。
　　1.2实验方法
　　1.2.1 原料预处理 实验前，应对钛石膏原料依次进行烘干、破碎、粉磨、煅烧、陈化等预处理。本实验将钛石膏原料置于干燥箱内30℃恒温干燥至恒重，利用圆盘粉磨机对钛石膏进行粉磨，粉磨后的钛石膏过0.2mm方孔筛筛余百分数为13.6%，再将钛石膏在180℃下煅烧3h，然后将钛石膏在室温条件下陈化9d待用。
　　1.2.2 制样与测试 预处理后的钛石膏加水搅拌，在尺寸为160mm×40mm×40mm的模具中制成条形空白试样。在预处理后的钛石膏中，分别掺加质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的生石灰，加水搅拌制成试样。在预处理后的钛石膏中，分别掺加质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的水泥，加水搅拌制成试样。以上各试样经养护、脱模后，依次进行抗折强度测定实验和抗压强度测定实验。
　　2.实验结果与讨论
　　2.1钛石膏空白试样的力学性能
　　在不掺加任何外加剂的情况下，制作钛石膏试样（空白试样）。测定空白试样的2h抗折、抗压强度和绝干抗折、抗压强度等力学性能，见表3。
　　2.2激发剂对钛石膏力学性能的影响
　　生石灰和水泥都对石膏的活性具有一定的激发作用。本实验在钛石膏中分别掺入以上两种激发剂，对钛石膏的各项力学性能均有不同程度的改善。掺加生石灰或水泥都会使钛石膏的各项力学性能有一定程度的提高。两种激发剂对强度的影响效果水泥较好，生石灰次之。生石灰的掺量达到3%以后，再增加掺量，钛石膏强度的提高趋势减缓；生石灰的掺量达到6%以后，钛石膏强度不再提高。随水泥掺量的增加，钛石膏的强度一直呈升高趋势，在水泥掺量达到5%以后，再增加掺量，钛石膏强度的提高缓慢。
　　2.3碱性激发剂作用机理分析
　　实验中，生石灰或水泥在与钛石膏加水搅拌时，生石灰或水泥与水反应，在水中产生游离的Ca2+。这部分Ca2+与半水石膏中的Ca2+发生同离子效应，从而降低半水石膏的溶解度。然而，在生石灰掺量过大时（实验中为≥3%），钛石膏试样表面会出现“返霜”现象。“返霜”现象说明大掺量生石灰对钛石膏的激发效果较差，因而可以进一步解释生石灰掺量增加到一定程度钛石膏的强度提高缓慢，甚至不再提高的现象。
　　水泥在作碱激发剂的同时，由于自身的水化硬化也会提高钛石膏的强度。因此，在钛石膏中掺入水泥可以改善其力学性能，并且随着掺量的增加，效果愈加明显。
　　3.结语
　　（1）掺加水泥可使钛石膏的各项力学性能有一定程度的提高。随水泥掺量的增加，钛石膏的强度一直呈升高趋势，在水泥掺量达到5%以后，再增加掺量，钛石膏的强度提高缓慢。
　　（2）掺加生石灰能对钛石膏的各项力学性能进行一定程度的改善。生石灰的掺量达到3%以后，再增加掺量，钛石膏强度的提高趋势减缓；生石灰的掺量达到6%以后，钛石膏强度不再提高。
　　（3）两种碱性激发剂通过同离子效应降低β半水石膏的溶解量。两者对强度的影响效果水泥较好，生石灰次之。生石灰的掺加量增加到一定程度（实验中为≥3%），在钛石膏试样的表面会出现“返霜”现象。水泥自身的水化硬化也会使钛石膏的强度得以提高。
　　
　　参考文献
　　[1]胡术刚，马术文，王之静，等. 钛白废酸废水治理及副产石膏应用探讨[J]. 中国资源综合利用，2003（9） ：2-8.
　　[2]杨新亚. 石膏尾矿现状及资源化利用进展[J]. 中国矿业，2006，15（4）： 37-38，45.
　　[3]施惠生，赵玉静，李纹纹. 利用钛石膏和粉煤灰及矿渣研制少熟料新型复合胶凝材料[J]. 水泥，2001（12）： 1-5.
　　[4]邓鹏，王培铭. 天然硬石膏的活性激发及改性[J]. 新型建筑材料，2007（1）：62-65.
　　（作者单位：机械工业第六设计研究院河南郑州450007）

转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-193965.htm