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| 鈦石膏在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-26 08:50:44 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠(yuǎn)志）鈦石膏是采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時(shí)， 為治理酸性廢水， 加入石灰石中和酸性廢水而產(chǎn)生的廢渣， 其主要成分為二水石膏。其處理過程是先用石灰石中和至pH為7， 然后加入絮凝劑在增稠器中沉降， 清液合理溢流排放， 下層濃漿通過壓濾機(jī)壓濾， 壓濾后的濾渣即為鈦石膏。
1鈦石膏的性質(zhì)與化學(xué)組成
1.1 鈦石膏的性質(zhì)
鈦石膏的主要成分是二水硫酸鈣， 含有一定的雜質(zhì)， 一般具有如下幾方面的性質(zhì)。
a.含水量高、粘度大、雜質(zhì)含量高；
b.呈弱酸性；
c.從廢渣處理車間出來時(shí)， 先是灰褐色， 置于空氣中二價(jià)鐵離子逐漸被氧化成三價(jià)鐵離子而變成紅色(偏黃)， 故又名紅泥， 紅、黃石膏；
d.有時(shí)會(huì)含有少量放射性物質(zhì)， 我國尚未見有放射性超標(biāo)的報(bào)道。
1.2 鈦石膏的化學(xué)成分
鈦石膏為化學(xué)副產(chǎn)石膏， 其主要成分為CaS04·2H2O， 表1 是山東裕興化工廠鈦石膏的化學(xué)成分分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及山東平邑石膏礦天然石膏的化學(xué)成分分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2 鈦石膏在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究
2.1 鈦石膏做復(fù)合膠結(jié)材料
鈦石膏經(jīng)煅燒后， 可與粉煤灰復(fù)合制作膠結(jié)材料，經(jīng)煅燒的鈦石膏可以增大鈦石膏- 粉煤灰復(fù)合膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量， 縮短鈦石膏- 粉煤灰復(fù)合膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間， 大幅度提高鈦石膏- 粉煤灰復(fù)合膠凝材料的強(qiáng)度。煅燒鈦石膏- 粉煤灰復(fù)合膠凝材料的水化產(chǎn)物主要是C-S-H凝膠、鈣礬石和二水石膏， C-S-H 凝膠、鈣礬石、二水石膏， 與未反應(yīng)的粉煤灰膠結(jié)在一起， 形成硬化體從而產(chǎn)生強(qiáng)度。研究表明， 鈦石膏在600℃煅燒2h后， 再與粉煤灰、礦渣和水泥復(fù)合，可以使復(fù)合材料的初凝時(shí)間縮短至3 h， 終凝時(shí)間縮短至5 h， 28 d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到4.3 MPa和13.6 MPa。
以鈦石膏和礦渣為基本組分， 采用水泥熟料以及復(fù)合早強(qiáng)減水劑能配制出性能優(yōu)良的膠結(jié)材， 其強(qiáng)度和耐水性明顯優(yōu)于建筑石膏。研究表明， 鈦石膏混合膠結(jié)材料自然養(yǎng)護(hù)28d 的強(qiáng)度可以滿足建筑墻體材料和市政道路路基混合材料的要求， 其溶蝕率不到建筑石膏的20%， 吸水率為建筑石膏的50%左右， 表明鈦石膏混合膠結(jié)材料具有優(yōu)良的耐水性。鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復(fù)合膠結(jié)材料中若不摻激發(fā)劑， 則其凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)， 早期強(qiáng)度低； 在復(fù)合膠結(jié)材料中摻加適量的水泥， 可以明顯縮短復(fù)合膠結(jié)材料的凝結(jié)時(shí)間， 有利于復(fù)合膠結(jié)材料強(qiáng)度的增長(zhǎng)。
研究表明， 在鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復(fù)合膠結(jié)材料中摻加5%的水泥， 可以使復(fù)合膠結(jié)材料的初凝時(shí)間縮短至4 h， 終凝時(shí)間縮短至9 h， 28 d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到5.8 MPa 和29.0 MPa。用鈦石膏、粉煤灰、礦渣和少量硅酸鹽水泥或熟料， 選擇合適的激發(fā)劑并采取適宜的工藝措施， 可配制生產(chǎn)高性能新型復(fù)合膠結(jié)材料。
研究表明， 在鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復(fù)合膠結(jié)材料中摻加5%的明礬石， 可以使復(fù)合膠結(jié)材料的初凝時(shí)間縮短至1 h， 終凝時(shí)間縮短至2 h， 28 d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到9.5 MPa和53.0 MPa， 達(dá)到了525R 礦渣硅酸鹽水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 鈦石膏做水泥外加劑
鈦石膏做水泥緩凝劑與天然石膏做水泥緩凝劑相比， 水泥性能沒有較大變化， 經(jīng)烘干的鈦石膏可以直接用來做水泥緩凝劑。研究表明， 鈦石膏與天然石膏一樣能起緩凝作用， 其對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)摻加6%天然石膏時(shí)， 水泥的初凝時(shí)間是2 h12 min， 終凝時(shí)間是3 h12 min，28 d 的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到9.4MPa和52.0MPa; 當(dāng)摻加6%鈦石膏時(shí)， 水泥的初凝時(shí)間是2h10 min， 終凝時(shí)間是3h9 min， 28 d 的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到9.6MPa和53.1 MPa。
2.3 鈦石膏做石膏- 粉煤灰路基材料
粉煤灰與鈦石膏的復(fù)合材料， 可以作為路基材料應(yīng)用于公路建設(shè)工程。鈦石膏- 粉煤灰復(fù)合材料在激發(fā)劑作用下有較高強(qiáng)度， 若工程成本允許提高激發(fā)劑摻量， 則復(fù)合材料強(qiáng)度可進(jìn)一步提高; 當(dāng)鈦石膏與高鈣灰單獨(dú)復(fù)合時(shí)， 試件具有一定的自由膨脹率， 不宜用做路基材料。當(dāng)鈦石膏與低鈣灰單獨(dú)復(fù)合時(shí)， 試件的膨脹率較小; 將一定量的高鈣灰與原狀灰混合后再與鈦石膏復(fù)合研制的材料具有較好的物理性能和耐久性， 復(fù)摻比這兩種灰單摻效果更好。
研究表明， 將24.0%的高鈣灰和36.0%的原狀灰混合后， 再與40%的鈦石膏復(fù)合，制備的石膏- 粉煤灰路基材料， 其28 d 抗壓強(qiáng)度超過4MPa， 達(dá)到水泥穩(wěn)定土用作二級(jí)和二級(jí)以下公路基層時(shí)的強(qiáng)度要求， 在水中浸泡36h 后， 路基材料的吸水率已基本穩(wěn)定， 浸泡48h 未發(fā)現(xiàn)材料有溶蝕現(xiàn)象。
3 存在問題與對(duì)策
許多科學(xué)工作者致力于鈦石膏的開發(fā)應(yīng)用研究，取得了一些有益成果， 如用煅燒的鈦石膏、粉煤灰、礦渣、硅酸鹽水泥、激發(fā)劑配制復(fù)合膠結(jié)材料， 鈦石膏烘干后用做水泥緩凝劑， 以高鈣灰與鈦石膏復(fù)合制作路基材料等。值得注意的是， 和天然石膏相比， 鈦石膏中的鐵含量較高， 因此， 鈦石膏具有黏度大、置于空氣中易變成紅色等特點(diǎn)， 這給鈦石膏的處理工藝帶來一定困難。鈦石膏經(jīng)過煅燒或烘干后， 可以減少工藝的麻煩， 但是需要消耗一定的能量。
就目前情況來看， 針對(duì)鈦石膏的資源化問題， 還需要注重和加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究工作：
①低成本、低能耗的鈦石膏處理工藝；
②針對(duì)鈦石膏的復(fù)合激發(fā)劑；
③與鈦石膏處理工藝相適應(yīng)的配套設(shè)備；
④機(jī)理分析與理論研究；
⑤實(shí)際工程應(yīng)用研究等。
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