一種利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及防火涂料的工藝方法

本發明涉及建筑建材，具體為一種利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及防火涂料的工藝方法。

背景技術：

1、傳統磷酸鉀鎂水泥(簡稱mkpc)是由重燒mgo、可溶性磷酸鉀鹽和緩凝劑按照一定的比例混合而成的鎂質水泥。mkpc遇水后，重燒mgo和可溶性磷酸鹽迅速通過酸堿中和反應生成水化產物鳥糞石，漿體迅速凝結硬化，鳥糞石包裹著mkpc體系內過量的重燒mgo，從而形成強度較高的mkpc試件。mkpc具有快硬早強、流動性好、體積變形小、粘接強度高，低堿性以及良好的生物相容性等一系列優點，使其在工程搶修搶建、快速加固、核廢料固化、3d打印等領域具有廣闊的應用前景。

2、盡管mkpc有著快硬早強、流動性好和粘結性能優異等特點，但其較為高昂的生產成本已經成為了限制了mkpc規模化應用的重要障礙之一。從mkpc的原材料角度出發，mkpc的主要原料之一重燒氧化鎂在mkpc中的占比可達50～80％，通常是由菱鎂礦經1500℃以上高溫煅燒后磨細制得，其品質對mkpc性能有著至關重要的影響。然而，菱鎂礦因其儲量和分布地區有限等原因，造成了mgo價格偏高的現象。其次自然界中方鎂石(mgo)礦物極度稀缺且也只存在于特定的地理環境下，因此，通常商業上生產mgo并不是直接開采，而是通過干法生產途徑即煅燒開采的菱鎂礦(mgco3)或者濕法生產途徑即利用含鎂的鹵水或者海水制得。無論是干法還是濕法，通常氧化鎂的燒成溫度為700-3000℃，導致氧化鎂成為磷酸鉀鎂水泥生產能耗和溫室氣體co2排放的最大來源。

3、磷酸鉀鎂水泥的水化速度快，凝結時間短導致可操作空間大幅度減少，緩凝劑雖然有很大的效果，但是量太多的話會導致早期強度下降太多，因此投入大規模工程上使用還是很難。并且和以往工程上使用的普硅水泥不同，磷酸鉀鎂水泥體系的反應屬于酸堿中和反應，反應時會放出大量的熱量，同時隨著溫度的升高，體系內的反應也會被促進，導致了磷酸鉀鎂水泥硬化過快。而在工程上使用時，磷酸鉀鎂水泥硬化過程中放出的熱量，會破壞機械設備，并且溫度應力的產生，會對磷酸鉀鎂水泥后期的強度產生一定的影響，所以在實際應用過程中，給施工人員帶來很大的困擾。因為磷酸鉀鎂水泥自身的特性，不斷地升降溫度影響了其體積穩定性，給快速修補工作帶來困難。所以，延長凝結時間和降低水化反應放熱，并保持一定的強度，是需要持續研究和解決的問題。

4、此外，鋼結構建筑所用鋼材具有不耐高溫、導熱率高、隔熱性能差等特點。在炎熱天氣下，為其降溫將會帶來大量的電力消耗，并且一旦發生火災，火災現場的高溫會迅速降低鋼結構的承載能力導致其垮塌。目前，市面上的鋼結構的防火涂料與反射隔熱涂料多為油漆型涂料，其在高溫作用或日光作用下，會起皮泛黃、分解出有毒物質，逐漸與建筑物脫離，導致結構垮塌。

5、因此，目前需要一種成本低廉、低碳環保、水化放熱溫度低、凝結時間長、力學性能較好的磷酸鉀鎂水泥以及一種基于同種基礎工藝制成的具有防火性的水泥涂料，不僅節約了建筑選材流程，也減少了工藝流程，同時進行了兩件事情，極大的方便了人們使用。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及防火涂料的工藝方法，解決了現有的部分背景技術問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及防火涂料的工藝方法，包括以下工藝：

3、(1)將水鎂石在大鄂破碎機中經過初步的破碎處理，得到較大顆粒的水鎂石；

4、(2)將步驟(1)中得到的較大顆粒的水鎂石在小鄂破碎機中進行二次破碎，得到較小顆粒的水鎂石；

5、(3)將步驟(2)中較小顆粒的水鎂石在球磨機中研磨10min(4)將步驟(3)中得到的磨碎后的粉體利用100目的篩子進行篩分，以得到100目的水鎂石粉體a備用；

6、(4)將水鎂石礦粉a放入40℃烘箱內烘烤48h，然后在室溫下，放入co2分壓為0.3mpa,溫度為(20±2)℃，二氧化碳濃度為(20±3)％的反應釜中進行碳化，此時，將co2通入位于反應釜中敞口容器的蒸餾水內，以使在碳化期間，反應釜內相對濕度接近100％，碳化24h后取出得到水鎂石粉體b備用；

7、(5)稱取一定質量的水鎂石礦粉置于剛玉坩堝中；

8、為了盡可能的保證水鎂石礦粉內外燒熱均勻，將中間部分掏空；

9、(8)將裝填好的水鎂石礦粉放入馬弗爐中，關好爐門，以煅燒溫度450℃的煅燒條件設置好，按下啟動按鈕開始對水鎂石礦進行煅燒。煅燒結束后先不要打開爐門，等爐冷卻至100℃以下，小心取出剛玉坩堝，冷卻至室溫；

10、(9)將冷卻后的水鎂石礦粉從坩堝中取出，得到水鎂石粉體c備用；

11、(8)對廢磷酸進行稀釋處理，廢磷酸和水1:3稀釋，稀釋成25％濃度使用；

12、(9)按照一定的配比，稱取一定量的水鎂石礦粉，置于50ml離心管內，再加入相應濃度和質量的磷酸，將離心管放在水浴恒溫震蕩器上震蕩24h混勻，第二天對離心管中的水鎂石混合物進行離心，反復離心5次，使用真空泵過濾離心完的上清液，烘干，得到水鎂石粉體d備用。

13、優選的，包括以下質量份組分：

14、水鎂石粉30～50％、磷酸二氫鉀10～20％、硼砂4.5～7.5％。

15、優選的，還包括以下質量組分：

16、粉煤灰1％～10％、h2o21％～2％份、氫氧化鈉1％～2％份、聚丙乙烯微球1％～2％份。

17、優選的,所述的水鎂石中mg(oh)2含量≥90％；

18、所述的水鎂石粒度為100±80μm；

19、所述磷酸二氫鉀為工業級磷酸二氫鉀，kh2po4≥99％；

20、所述硼砂為工業級硼砂，na2b4o7·5h2o≥95％；

21、所述粉煤灰為工業級粉煤灰；

22、所述雙氧水為分析純試劑；

23、所述氫氧化鈉為分析純試劑；

24、所述聚丙乙烯微球比表面積為3000±2000μm。

25、優選的,包括以下步驟：

26、按質量比，將磷酸二氫鉀、硼砂、雙氧水、氫氧化鈉、聚丙乙烯微球與水在攪拌機中攪拌，然后將事先混合均勻的粉煤灰和水鎂石倒入攪拌機中繼續攪拌，即可得到水鎂石制備的磷酸鉀鎂膠凝材料；

27、所述的攪拌時間分別為20min和10min；

28、所述的水與膠凝材料的質量比為(0.1-0.2)：1；

29、進一步的，將磷酸二氫鉀、硼砂、雙氧水、氫氧化鈉、聚丙乙烯微球按照質量比稱好置于攪拌鍋中。

30、其次，將事先混合均勻的水鎂石粉和粉煤灰與前者置于水泥膠砂攪拌機內混合，低速攪拌20min。

31、最后，向水泥攪拌鍋中倒入所用總用水量0.1-0.2范圍內的拌合用水，繼續低速攪拌10min后，獲得所需磷酸鉀鎂水泥。

32、最后，將所制備的磷酸鉀鎂水泥從磨具中拆除下來，養護至一定齡期后進行性能檢測。

33、本發明中，水鎂石是一種儲藏豐富、成本較低的低碳環保材料，可有效降低成本，減少co2生產。

34、本發明中，為避免磷酸二氫銨在高溫環境下分解從而產生有毒氣體：氨氣，本發明中使用磷酸二氫鉀代替磷酸二氫銨制備磷酸鉀鎂水泥。

35、本發明中，所使用的五水硼砂具有一定緩凝效果，可有效緩解磷酸鉀鎂水泥快速凝結。

36、本發明中，所使用的粉煤灰可以與水鎂石在水化過程中發揮火山灰效應形成無定型物質，增強了基體密實度，提高了力學性能。

37、本發明中，所使用的雙氧水在體系中主要起到氧化劑的作用，將體系中游離的鎂離子氧化為氧化鎂。

38、本發明中，所使用的氫氧化鈉在體系中主要起到硬化劑的作用，可以促進磷酸鉀鎂反應的進行，在適當的濃度下加入氫氧化鈉，可以提高磷酸鎂水泥的早期強度和硬化速度。

39、本發明中，所使用的聚丙乙烯微球是一種輕質的有機膠凝劑，添加適量的聚丙乙烯微球后，可以形成一個均勻的膠狀體，可提高磷酸鉀鎂水泥體系的穩定性和耐久性。

40、優選的，還包括以下質量組分：

41、硅酸鋁纖維0.5～1％、膨脹珍珠巖20～30％、粉煤灰漂珠15～25％，其中，拌合用水為自來水，涂料的用水量保障施工稠度要求流動度在90～110mm范圍內進行調節，以獲得合適的和易性。

42、優選的,所述水鎂石粉為通過研磨水鎂石得到，mg(oh)2≥70％；

43、所述磷酸二氫鉀為工業級磷酸二氫鉀，kh2po4≥98％；

44、所述硼砂為工業級硼砂，na2b4o7·5h2o≥95％；

45、所述硅酸鋁纖維，纖維長度為2～5mm，直徑為1～2.5μm；

46、所述膨脹珍珠巖粒徑為1-2mm，密度為70～90kg/m3，導熱率為0.038～0.052w/(m·k)；

47、所述粉煤灰漂珠粒徑為0.5～0.8mm，密度為150～200kg/m3，導熱率為0.030～0.038w/(m·k)；

48、進一步的，首先，將水鎂石、磷酸二氫鉀、硼砂、硅酸鋁纖維、置于水泥膠砂攪拌機內低速攪拌60s。

49、其次，將膨脹珍珠巖和粉煤灰漂珠與前者置于水泥膠砂攪拌機內混合，低速攪拌60s。

50、最后，向水泥攪拌鍋中倒入所用總用水量50％的拌合用水，繼續低速攪拌30s后，倒入另外50％拌合用水后，將水泥膠砂攪拌機轉至高速攪拌模式，繼續攪拌90s后，獲得所需磷酸鎂防火涂料。

51、最后，將所制備的磷酸鎂基鋼結構防火、反射隔熱涂料均勻噴涂抹于事先經過處理的鋼結構表面，涂抹厚度應滿足國標jg/t235-2008《建筑反射隔熱涂料》與國標gb14907—2018《鋼結構防火涂料》對于防火涂料與反射隔熱涂料的要求。

52、本發明中，膨脹珍珠巖是一種低導熱率、耐高溫的環保隔熱材料，可有效隔絕熱量。

53、本發明中，粉煤灰漂珠是一種輕質、中空的環保隔熱材料，可有效填充膨脹珍珠巖與磷酸鎂的空隙。進一步提高反射隔熱涂料隔絕熱量的能力。

54、本發明中，為避免磷酸二氫銨自然環境下分解從而產生有毒氣體：氨氣。本發明中使用磷酸二氫鉀代替磷酸二氫銨制備磷酸鎂防火、反射隔熱涂料涂料。

55、本發明中，所使用的硅酸鋁纖維擁有耐高溫性能好、熱導率、熱膨脹系數低、韌性好等特點，添加硅酸鋁纖維的反射隔熱涂料可有效提高其整體性。

56、本發明中，水鎂石粉原料來源廣泛，并且具有優異的可見光反射率，其可見光反射率達到95％以上。其與磷酸二氫鉀經過水化反應生成mgkpo4·6h2o(k-鳥糞石)，增強了基體密實度，進一步增強隔熱能力。

57、有益效果

58、本發明提供了一種利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及耐火涂料的工藝方法。具備以下有益效果:該利用水鎂石礦粉和磷酸二氫鉀制備水泥及耐火涂料的工藝方法，(1)具有與傳統磷酸鎂水泥相同的優點，即凝結速度快、早期強度高、粘結性能好等性能特點。并且與傳統磷酸鎂水泥所需的菱鎂礦資源相比，水鎂石礦石來源廣泛，所制備的磷酸鎂基鋼結構防火、反射隔熱涂料具有co2排放量少的特點。

59、(2)本發明利用水鎂石粉制備的磷酸鎂基鋼結構防火、反射隔熱涂料，其原料水鎂石粉為一種白色粉體，具有阻燃性能好、可見光反射率高、來源廣泛等優點。

60、(3)本發明利用水鎂石粉制備的磷酸鎂基鋼結構防火、反射隔熱涂料，與傳統油漆性防火涂料與反射隔熱涂料相比，具有更好的耐久性。