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| 钛石膏在建筑材料领域的应用研究 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-12-26 08:50:44 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/远志）钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时， 为治理酸性废水， 加入石灰石中和酸性废水而产生的废渣， 其主要成分为二水石膏。其处理过程是先用石灰石中和至pH为7， 然后加入絮凝剂在增稠器中沉降， 清液合理溢流排放， 下层浓浆通过压滤机压滤， 压滤后的滤渣即为钛石膏。
1钛石膏的性质与化学组成
1.1 钛石膏的性质
钛石膏的主要成分是二水硫酸钙， 含有一定的杂质， 一般具有如下几方面的性质。
a.含水量高、粘度大、杂质含量高；
b.呈弱酸性；
c.从废渣处理车间出来时， 先是灰褐色， 置于空气中二价铁离子逐渐被氧化成三价铁离子而变成红色(偏黄)， 故又名红泥， 红、黄石膏；
d.有时会含有少量放射性物质， 我国尚未见有放射性超标的报道。
1.2 钛石膏的化学成分
钛石膏为化学副产石膏， 其主要成分为CaS04·2H2O， 表1 是山东裕兴化工厂钛石膏的化学成分分析实验结果及山东平邑石膏矿天然石膏的化学成分分析实验结果。
2 钛石膏在建筑材料领域的应用研究
2.1 钛石膏做复合胶结材料
钛石膏经煅烧后， 可与粉煤灰复合制作胶结材料，经煅烧的钛石膏可以增大钛石膏- 粉煤灰复合胶凝材料的标准稠度需水量， 缩短钛石膏- 粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间， 大幅度提高钛石膏- 粉煤灰复合胶凝材料的强度。煅烧钛石膏- 粉煤灰复合胶凝材料的水化产物主要是C-S-H凝胶、钙矾石和二水石膏， C-S-H 凝胶、钙矾石、二水石膏， 与未反应的粉煤灰胶结在一起， 形成硬化体从而产生强度。研究表明， 钛石膏在600℃煅烧2h后， 再与粉煤灰、矿渣和水泥复合，可以使复合材料的初凝时间缩短至3 h， 终凝时间缩短至5 h， 28 d 抗折强度和抗压强度分别达到4.3 MPa和13.6 MPa。
以钛石膏和矿渣为基本组分， 采用水泥熟料以及复合早强减水剂能配制出性能优良的胶结材， 其强度和耐水性明显优于建筑石膏。研究表明， 钛石膏混合胶结材料自然养护28d 的强度可以满足建筑墙体材料和市政道路路基混合材料的要求， 其溶蚀率不到建筑石膏的20%， 吸水率为建筑石膏的50%左右， 表明钛石膏混合胶结材料具有优良的耐水性。钛石膏- 粉煤灰- 矿渣复合胶结材料中若不掺激发剂， 则其凝结时间长， 早期强度低； 在复合胶结材料中掺加适量的水泥， 可以明显缩短复合胶结材料的凝结时间， 有利于复合胶结材料强度的增长。
研究表明， 在钛石膏- 粉煤灰- 矿渣复合胶结材料中掺加5%的水泥， 可以使复合胶结材料的初凝时间缩短至4 h， 终凝时间缩短至9 h， 28 d 抗折强度和抗压强度分别达到5.8 MPa 和29.0 MPa。用钛石膏、粉煤灰、矿渣和少量硅酸盐水泥或熟料， 选择合适的激发剂并采取适宜的工艺措施， 可配制生产高性能新型复合胶结材料。
研究表明， 在钛石膏- 粉煤灰- 矿渣复合胶结材料中掺加5%的明矾石， 可以使复合胶结材料的初凝时间缩短至1 h， 终凝时间缩短至2 h， 28 d 抗折强度和抗压强度分别达到9.5 MPa和53.0 MPa， 达到了525R 矿渣硅酸盐水泥强度标准。
2.2 钛石膏做水泥外加剂
钛石膏做水泥缓凝剂与天然石膏做水泥缓凝剂相比， 水泥性能没有较大变化， 经烘干的钛石膏可以直接用来做水泥缓凝剂。研究表明， 钛石膏与天然石膏一样能起缓凝作用， 其对比试验结果为：当掺加6%天然石膏时， 水泥的初凝时间是2 h12 min， 终凝时间是3 h12 min，28 d 的抗折强度和抗压强度分别达到9.4MPa和52.0MPa; 当掺加6%钛石膏时， 水泥的初凝时间是2h10 min， 终凝时间是3h9 min， 28 d 的抗折强度和抗压强度分别达到9.6MPa和53.1 MPa。
2.3 钛石膏做石膏- 粉煤灰路基材料
粉煤灰与钛石膏的复合材料， 可以作为路基材料应用于公路建设工程。钛石膏- 粉煤灰复合材料在激发剂作用下有较高强度， 若工程成本允许提高激发剂掺量， 则复合材料强度可进一步提高; 当钛石膏与高钙灰单独复合时， 试件具有一定的自由膨胀率， 不宜用做路基材料。当钛石膏与低钙灰单独复合时， 试件的膨胀率较小; 将一定量的高钙灰与原状灰混合后再与钛石膏复合研制的材料具有较好的物理性能和耐久性， 复掺比这两种灰单掺效果更好。
研究表明， 将24.0%的高钙灰和36.0%的原状灰混合后， 再与40%的钛石膏复合，制备的石膏- 粉煤灰路基材料， 其28 d 抗压强度超过4MPa， 达到水泥稳定土用作二级和二级以下公路基层时的强度要求， 在水中浸泡36h 后， 路基材料的吸水率已基本稳定， 浸泡48h 未发现材料有溶蚀现象。
3 存在问题与对策
许多科学工作者致力于钛石膏的开发应用研究，取得了一些有益成果， 如用煅烧的钛石膏、粉煤灰、矿渣、硅酸盐水泥、激发剂配制复合胶结材料， 钛石膏烘干后用做水泥缓凝剂， 以高钙灰与钛石膏复合制作路基材料等。值得注意的是， 和天然石膏相比， 钛石膏中的铁含量较高， 因此， 钛石膏具有黏度大、置于空气中易变成红色等特点， 这给钛石膏的处理工艺带来一定困难。钛石膏经过煅烧或烘干后， 可以减少工艺的麻烦， 但是需要消耗一定的能量。
就目前情况来看， 针对钛石膏的资源化问题， 还需要注重和加强以下几个方面的研究工作：
①低成本、低能耗的钛石膏处理工艺；
②针对钛石膏的复合激发剂；
③与钛石膏处理工艺相适应的配套设备；
④机理分析与理论研究；
⑤实际工程应用研究等。
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