开题报告—陈翔.doc

毕业设计（论文）开题报告1、 课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）1.1 课题背景磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的工业废渣，每生产1t磷酸就要产生4-5t磷石膏通常磷石膏90%以上的成分是CaSO42H2O，其化学成分与天然石膏基本相同，但SiO2和附着水含量较天然石膏大，还含有少量残留磷、氟等杂质组分研究表明，磷石膏的杂质含量处于较低水平并且放射性核素比活度量较低，完全满足A类建筑材料的要求，这对磷石膏的资源化利用十分有利磷石膏经过适当处理, 可望替代天然石膏进行资源化利用，环保和经济意义重大目前，磷化工企业大多采用废弃堆放处理磷石膏，大规模露天堆放不仅占用大量的土地，而且破坏周围土壤中有机质的再生循环，可溶性磷和氟等杂质经雨水传递，会对生态环境造成难以恢复的危害因此，如何有效利用大量的磷石膏已经成为亟待解决的难题在众多利用途径中，只有建材资源化才是实现磷石膏大量利用的最佳途径，目前，利用磷石膏制备石膏胶凝材料是其建材资源化利用主要方向之一1.2 国内外研究现状目前，利用磷石膏制备石膏胶凝材料的研究多集中于采用磷石膏生产建筑石膏和α-半水石膏彭家惠等研究表明磷石膏中磷、氟和有机质等，这些杂质对磷石膏资源化利用有非常大的不利影响。

其中，磷杂质尤其是可溶磷杂质是影响磷石膏应用性能的主要因素Manjit研究发现磷石膏中可溶磷杂质会延缓石膏凝结时间并降低强度杨敏等研究表明磷石膏中可溶性P2O5会影响磷石膏胶凝材料水化硬化后制品的外观形貌由于磷石膏中杂质对制备的石膏胶凝材料性能有不利影响，而且利用磷石膏制备半水石膏时，煅烧温度较低，起不到除杂的作用，因此需要对磷石膏进行水洗或石灰中和等预处理这样，磷石膏杂质的去除与石膏胶凝材料的生产过程是分开进行的，工艺较为复杂，较易产生二次污染，且石膏胶凝材料的强度低和耐水性差林洲等通过快烧法处理磷石膏，即对磷石膏进行短时间的高温处理，发现可以较好地降低可溶磷杂质含量，而且在快烧过程中，伴随着二水石膏的脱水反应，使磷石膏具备一定的胶凝性彭家惠等研究表明，将石灰中和磷石膏于800℃煅烧2 h800℃煅烧磷石膏中共晶磷转化为惰性的焦磷酸盐，有机物蒸发经石灰中和、800℃煅烧制备的Ⅱ型无水石膏，其性能与同品位天然石膏制备的无水石膏相当Ⅱ型无水石膏胶结材强度与耐水性均优于建筑石膏，是磷石膏有效利用方式之一Singh和Hajjouji等研究表明，高温煅烧磷石膏可以使杂质失去活性 在高温下，磷石膏转化为硬石膏，但是对于煅烧温度，没有一个统一的范围。

Wiedman的研究表明，磷石膏和天然石膏一样, 都可以制备出高强度的硬石膏水泥目前，我国已有部分研究者开展了利用磷石膏制备硬石膏的研究，杨林等进行了磷石膏制硬石膏水泥的初步研究，采用1000℃高温煅烧磷石膏，使共晶磷转变为惰性，利用煅烧时分解出的游离氧化钙在水化过程中中和一部分可溶性的磷，选用由磷石膏制备的半水石膏和Na2SO4作为激发剂，提高硬石膏的水化速度许林青等研究发现，通过1000℃煅烧磷石膏，可以去除磷石膏中的有机物杂质, 使P2O5和F失去活性，得到稳定的硬石膏，采用Na2SO4与FeSO4的混合激发剂可以缩短水化时间，制得性能优良的胶凝材料，28d强度可达29MPa杨敏利用磷石膏在420℃烧制无水石膏，选用K2SO4作为激发剂，研究无水磷石膏中杂质的影响，表明杂质对无水石膏凝结时间和抗压强度影响较小此外，杨敏等利用磷石膏制备Ⅱ型无水石膏胶凝材料，选用了半水石膏对其进行激发，从而促进无水磷石膏的水化半水石膏的掺入加速胶凝材料的凝结，提高早期强度；无水磷石膏在激发作用下的水化促进强度的进一步发展，提高后期强度其还尝试用K2SO4和半水石膏复合激发，发现比只有K2SO4激发或无激发剂的无水磷石膏水化更快，胶结材具有合适的凝结时间，较好的强度发展和耐水性。

1.3 课题目的及意义课题从磷石膏建材资源化利用的角度出发，由于Ⅱ型无水石膏胶结材强度与耐水性均优于建筑石膏，因此考虑利用磷石膏高温煅烧制备Ⅱ型无水石膏，而且磷石膏中磷酸盐、氟化物等杂质在高温煅烧过程会分解成气体或转变为惰性稳定的难溶物，从而不需对磷石膏进行预处理，简化生产工艺课题拟对Ⅱ型无水磷石膏的活性激发进行系统研究，选择建筑石膏、磷石膏制备的半水石膏和不同的硫酸盐作为激发剂，研究Ⅱ型无水磷石膏的活性激发及水化硬化性能，旨在利用磷石膏制备出强度较高、耐水性能较好的Ⅱ型无水石膏胶凝材料，为磷石膏制备无水石膏的性能研究奠定充分的理论基础，而且有望改善石膏胶凝材料强度低、耐水性差等缺点，从而对磷石膏的建材资源化利用起到一定指导作用2、 课题任务、重点研究内容、实现途径2.1课题任务（1）掌握磷石膏的来源、成分、危害、预处理及资源化利用方式；（2）掌握Ⅱ型无水石膏胶凝材料的活性激发机理及水化硬化性能；（3）探究不同激发剂对Ⅱ型无水磷石膏的活性激发机理；（4）研究Ⅱ型无水磷石膏的水化硬化性能2.2 重点研究内容（1）原状磷石膏的性能及不同煅烧条件下Ⅱ型无水磷石膏的制备；（2）Ⅱ型无水磷石膏的水化进程（标稠、凝结时间、水化率）、硬化体微观结构与强度；（3）不同硫酸盐激发剂对Ⅱ型无水磷石膏的活性激发研究；（4）半水磷石膏及半水石膏（建筑石膏）对Ⅱ型无水磷石膏的活性激发对比研究；（5）半水磷石膏与硫酸盐复合激发Ⅱ型无水磷石膏的性能研究。

课题拟重点研究半水磷石膏以及半水磷石膏与硫酸盐复合激发剂对Ⅱ型无水磷石膏的活性激发及水化硬化性能2.3 实现途径（1）原状磷石膏的预处理及分析将磷石膏放在40℃烘箱中烘24h（除去自由水），然后在球磨机中以23rad/s的速率粉磨30min，过200目筛用XRF分析原状磷石膏化学成分；用XRD分析原状磷石膏矿物组成；对磷石膏主要杂质磷杂质进行化学分析，检测得到磷石膏总磷含量和可溶磷含量；通过对磷石膏进行热分析，得到TG和DSC曲线，对磷石膏脱水和分解特性进行研究；用扫描电镜(SEM)研究磷石膏的微观形貌，光电子能谱(EDS)分析表面杂质化学分析：1）根据GB/T5484-2012《石膏化学分析方法》中五氧化二磷的测定来测定总磷的含量；2）将磷石膏于38℃烘干，称取1g试样，置于250ml容量瓶中，振荡摇匀，放置澄清2h，准确移取一定体积的上清液，用总磷的方法测定可溶性磷含量3）三氧化硫的测定：按GB/T5484-2012《石膏化学分析方法》进行，称取约0.2克试样，精确至0.0001克，置于300mL的烧杯中，加入30mL-40mL水使其分散加10mL盐酸（1+1），用平头玻璃棒压碎块状物，慢慢加热溶液，直至试样分解完全。

将溶液加热微沸5分钟用中速滤纸过滤，用热水洗涤10-12次调整滤液体积至200mL，煮沸，在搅拌下滴加15mL氯化钡溶液，继续煮沸数分钟，然后移至温热处静置4h用慢速滤纸过滤，用温水洗涤，直至检验无氯离子为止将沉淀及滤纸一并移入已灼烧恒量的瓷坩埚中，灰化后在800℃的马弗炉内灼烧30min，取出坩埚置于干燥器中冷却至室温，称量反复灼烧，直至恒量2）磷石膏的煅烧处理1）半水磷石膏的制备：将磷石膏置于马弗炉中进行煅烧，以4℃/min的升温速率升至150℃，恒温4h后，在空气中冷却，最后用塑料袋密封，然后对制备的半水磷石膏进行磷杂质含量及矿物组成进行分析2）Ⅱ-无水磷石膏的制备：将磷石膏置于马弗炉中进行煅烧，以4℃/min的升温速率升至800℃，恒温2h后，在空气中冷却，最后用塑料袋密封，然后对制备的Ⅱ-无水磷石膏进行磷杂质含量、矿物组成及微观形貌进行分析3）Ⅱ-无水磷石膏的活性激发及水化硬化性能采用不同硫酸盐激发剂、半水石膏（建筑石膏）及半水磷石膏对Ⅱ-无水磷石膏的活性进行激发，以研究其水化硬化性能，主要测定Ⅱ-无水磷石膏的标准稠度用水量、凝结时间及水化硬化体的强度、水化率、水化产物矿物组成和微观形貌。

1）Ⅱ-无水磷石膏胶凝材料的标准稠度用水量、凝结时间和强度的测定参照《建筑石膏》GB/T 9776-2008中的测试方法进行，在实验室内自然养护，平均气温为20℃，平均湿度为50%，试件的尺寸为25mm25mm25mm2）水化率的测定：水化到规定龄期的硬石膏用无水乙醇终止水化后，在 502℃下烘干，分别准确称量于 450℃下恒重的坩锅（Ｗ1）及烘干至恒重的硬石膏水化样品与坩锅的总重（Ｗ2），将其放入马弗炉中于 450℃煅烧 30min 后取出，放入盛有新鲜硅胶的干燥器中，30min 后用电子秤称取总重（Ｗ3）由此计算二水石膏质量分数及硬石膏水化率水化率（H1%）可用此公式计算：H1=（W3－W2)/( W2－W1)4.78式中，W1—烘至恒重的空坩埚的重量；W2—加入样品后坩埚的重量；W3—450℃煅烧后坩埚的重量3）水化产物矿物组成和微观形貌分析：将水化到规定龄期的试块用无水乙醇终止水化，真空干燥后取中间原始断面，部分镀金待做SEM测试，以分析水化产物的微观形貌；并取部分研磨至一定细度，用于做XRD分析，以确定水化产物的矿物组成本课题的前期研究已积累大量资料，并已经进行初步试验。

本课题所需试验材料齐备，试验场地有保障，相关性能测试将主要利用现有建材系设备，微观试验主要利用重庆大学大型仪器设备平台中相关仪器进行3、进度计划序号起止周次工 作 内 容1第1周至第 5 周熟悉课题、查阅文献、资料、撰写开题报告2第6周至第7 周设计试验方案，提交开题报告3第8周至第14周翻译英文文献，实施试验4第15周试验结果分析，补充完善试验5第14周至第16周撰写毕业论文6第17周毕业论文答辩学生签名： 年 月 日4、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日说明：1、开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成2、本页不够，请加页。