[发明专利]一种钛石膏矿粉基复合胶凝材料

说明书

本发明公开了一种钛石膏矿粉基复合胶凝材料，包括如下重量份的原料：石膏45％‑60％、矿粉25％‑55％、硅酸盐水泥1％‑5％、灰钙1％‑8％，高活性铝相1％‑8％；碱性激发剂0.1％‑1％，纳米晶核增强剂0.05％‑0.5％。其中石膏为钛石膏，钛石膏杂质含量特别是铁含量高，煅烧成建筑石膏强度不能满足要求，采用洗涤方法成本又太高，无法利用，因此通过钛石膏‑矿渣水泥体系，对钛石膏进行利用，利用钙矾石的生成控制凝结时间，钙矾石的生成依靠添加的铝相和灰钙；利用复合激发矿粉水化和钙矾石的生成提高早期强度，因此通过加入水泥特别是PⅡ52.5水泥，同时加入碱性激发剂和纳米增强剂进一步的促进矿粉的水化。后期强度依靠矿粉的继续水化，同时水化产物对石膏进行包裹，提高耐水性和体积安定性。

技术领域

本发明涉及建材领域，尤其涉及一种钛石膏矿粉基复合胶凝材料。

背景技术

近年来，石膏基胶凝材料的制备和应用在国内迅猛发展，天然石膏资源消耗殆尽，工业石膏资源化应用是满足市场需求并减少环境污染的有效途径。目前，电厂脱硫石膏、磷石膏等工业废石膏通过煅烧制备半水石膏已成功实现了资源化应用。

钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时为治理酸性废水，加入石灰(或电石渣)中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的工业废渣，一般生产1t硫酸法钛白粉会产生6—10t的钛石膏。该石膏的主要成分为CaSO₄·H₂O，与天然石膏的成分较为相似，同时含有铁的硫化物杂质，外观为黄红色呈泥状粉末。由于含水率较高(含水率通常在30％以上)，粘性较大，呈泥状不易散开，很难采用通常的圆盘成球造粒法制备水泥缓凝剂。另外挤压成球工艺要求物料含水率低于12％，需要先将物料烘干，造成能耗成本上升，且成球后强度低，难以运输。而且单独使用钛石膏做水泥调凝石膏时，水泥试块有发红现象，严重影响水泥的美观。

近年来，在国内宏观经济持续快速发展的背景下，我国钛白产业产出呈现出稳定增长的良好势头。据统计，2017年41家钛白企业全流程能维持正常生产同比增长270万吨，同比增长10.49％。全行业中有90％以上的钛白粉生产企业采用硫酸法生产工艺生产钛白粉，排放钛石膏约为22Mt，钛石膏综合利用率仅为10％，累计堆存量已超过130Mt，已经是利用率最低的副产石膏。

为大量利用废石膏，目前最优选的资源化处置方式采用煅烧工艺制备建筑石膏，如磷石膏，脱硫石膏等。然而，对于钛石膏而言，由于其含水量高，杂质含量高，采用现有的煅烧工艺不能获得满足使用性能要求的建筑石膏原料。而采用目前成熟的其它处置方式和利用方式，如作为水泥调凝剂等，其可消化规模太小，掺量不超过水泥的5％。

鉴于前述钛石膏的特殊性，作为胶凝材料掺合料已成为目前大量利用钛石膏的最佳处置利用途径，然而，目前已有技术，消化规模小，而且处置成本太高，材料性能欠佳，均不能达到理想的资源化处置效果。

武汉理工大学林宗寿教授采取高掺量原状磷石膏，掺加矿粉、钢渣粉、少量水泥熟料及化学外加剂，成功制得了性能指标达到32.5强度等级水泥的过磷石膏矿渣复合胶结料。对于脱硫石膏和钛石膏也有掺加水泥、粉煤灰、矿粉等制备复合胶结料的相关类似研究报道，但研究中废石膏掺量及所得胶结料力学性能均不如前者。

理论上，这类复合胶结料力学性能的获得和耐水性的提高，在于原状石膏与外掺材料反应产物对未反应原状石膏形成了有效粘结和包裹。林宗寿教授研究结果虽然通过对矿物掺合料的种类和配比进行了优化获得优异的长期力学性能，并有效激发了其水化反应。但由于外掺硅酸盐水泥量很少，矿粉、粉煤灰等矿物掺合料反应速度慢，其主要贡献复合胶结料的后期强度，而且，对石膏无法形成有效地包裹，因此，上述研究结果所得复合胶凝料均存在凝结时间长，脱模时间长，且耐水性不良等缺陷，极大限制了其实际应用的可行性，而且林宗寿教授并未以钛石膏作为研究对象。

目前，现有技术存在针对较高掺量钛石膏作为复合胶凝材料掺合料利用的技术，具体如下：