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| 鈦石膏在建筑材料領(lǐng)域的應用研究 |
| 來(lái)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： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）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(guò)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(guò)壓濾機壓濾， 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(chē)間出來(lái)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(jiàn)有放射性超標的報道。
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(chǎng)鈦石膏的化學(xué)成分分析實(shí)驗結果及山東平邑石膏礦天然石膏的化學(xué)成分分析實(shí)驗結果。
2 鈦石膏在建筑材料領(lǐng)域的應用研究
2.1 鈦石膏做復合膠結材料
鈦石膏經(jīng)煅燒后， 可與粉煤灰復合制作膠結材料，經(jīng)煅燒的鈦石膏可以增大鈦石膏- 粉煤灰復合膠凝材料的標準稠度需水量， 縮短鈦石膏- 粉煤灰復合膠凝材料的凝結時(shí)間， 大幅度提高鈦石膏- 粉煤灰復合膠凝材料的強度。煅燒鈦石膏- 粉煤灰復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， 與未反應的粉煤灰膠結在一起， 形成硬化體從而產(chǎn)生強度。研究表明， 鈦石膏在600℃煅燒2h后， 再與粉煤灰、礦渣和水泥復合，可以使復合材料的初凝時(shí)間縮短至3 h， 終凝時(shí)間縮短至5 h， 28 d 抗折強度和抗壓強度分別達到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合早強減水劑能配制出性能優(yōu)良的膠結材， 其強度和耐水性明顯優(yōu)于建筑石膏。研究表明， 鈦石膏混合膠結材料自然養護28d 的強度可以滿(mǎn)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材料具有優(yōu)良的耐水性。鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復合膠結材料中若不摻激發(fā)劑， 則其凝結時(shí)間長(cháng)， 早期強度低； 在復合膠結材料中摻加適量的水泥， 可以明顯縮短復合膠結材料的凝結時(shí)間， 有利于復合膠結材料強度的增長(cháng)。
研究表明， 在鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復合膠結材料中摻加5%的水泥， 可以使復合膠結材料的初凝時(shí)間縮短至4 h， 終凝時(shí)間縮短至9 h， 28 d 抗折強度和抗壓強度分別達到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)高性能新型復合膠結材料。
研究表明， 在鈦石膏- 粉煤灰- 礦渣復合膠結材料中摻加5%的明礬石， 可以使復合膠結材料的初凝時(shí)間縮短至1 h， 終凝時(shí)間縮短至2 h， 28 d 抗折強度和抗壓強度分別達到9.5 MPa和53.0 MPa， 達到了525R 礦渣硅酸鹽水泥強度標準。
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(méi)有較大變化， 經(jīng)烘干的鈦石膏可以直接用來(lái)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， 其對比試驗結果為：當摻加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 的抗折強度和抗壓強度分別達到9.4MPa和52.0MPa; 當摻加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 的抗折強度和抗壓強度分別達到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合材料， 可以作為路基材料應用于公路建設工程。鈦石膏- 粉煤灰復合材料在激發(fā)劑作用下有較高強度， 若工程成本允許提高激發(fā)劑摻量， 則復合材料強度可進(jìn)一步提高; 當鈦石膏與高鈣灰單獨復合時(shí)， 試件具有一定的自由膨脹率， 不宜用做路基材料。當鈦石膏與低鈣灰單獨復合時(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合研制的材料具有較好的物理性能和耐久性， 復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%的鈦石膏復合，制備的石膏- 粉煤灰路基材料， 其28 d 抗壓強度超過(guò)4MPa， 達到水泥穩定土用作二級和二級以下公路基層時(shí)的強度要求， 在水中浸泡36h 后， 路基材料的吸水率已基本穩定， 浸泡48h 未發(fā)現材料有溶蝕現象。
3 存在問(wèn)題與對策
許多科學(xué)工作者致力于鈦石膏的開(kāi)發(fā)應用研究，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)劑配制復合膠結材料， 鈦石膏烘干后用做水泥緩凝劑， 以高鈣灰與鈦石膏復合制作路基材料等。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(lái)一定困難。鈦石膏經(jīng)過(guò)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(lái)看， 針對鈦石膏的資源化問(wèn)題， 還需要注重和加強以下幾個(gè)方面的研究工作：
①低成本、低能耗的鈦石膏處理工藝；
②針對鈦石膏的復合激發(fā)劑；
③與鈦石膏處理工藝相適應的配套設備；
④機理分析與理論研究；
⑤實(shí)際工程應用研究等。
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