磷酸钾镁合成和溶解因素的影响规律及其作用机理
发布时间：2020-11-14 02:15
磷酸钾镁水泥(Potassium magnesium phosphate cement,MKPC)是由过烧氧化镁、磷酸二氢钾以及缓凝组分按照一定比例,通过酸碱化学反应生成以磷酸盐水化物为胶结相的新型无机胶凝材料。具有高强度、凝结硬化快、体积变形小、适应复杂环境性强、与富钙类材料及纤维的黏结性好等优点,在道路的快速修补、固化废弃物等方面有着广阔的应用前景。然而MKPC的凝结硬化快、耐水性较差,一定程度上在限制了其在其它领域的使用,因此研究磷酸钾镁合成和溶解规律及机理对MKPC的推广应用有着极其重要的意义。论文首先通过系列实验,研究pH值、温度、转速等因素对磷酸钾镁合成的影响规律;其次利用正交实验方法,制备出高纯度的磷酸钾镁;第三,测试高纯度磷酸钾镁在纯水中、不同pH值以及在MgO、KH_2PO_4、KH_2PO_4和MgO溶液中磷酸钾镁的溶解浓度,并利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)、热重分析(TG-DTG)进行定性分析,进一步来揭示溶解规律及机理;最后,基于磷酸钾镁合成和溶解的影响因素及规律,在MKPC基体中掺加固废微粉对早期工作性以及耐水性改性,得到主要结论如下:(1)影响磷酸钾镁纯度的因素依次是:温度、转速、pH值;其对应的最佳条件是25℃、16 r/s、8.0;利用合成粉末中三元素含量分析可知合成的高纯度磷酸钾镁的纯度为99.36%;(2)纯水中高纯度磷酸钾镁的溶解规律:纯水溶液中三种元素浓度为c(K)c(P)c(Mg),最大溶出量达到3.9974×10~(-2)g,溶出率为1.9987%;通过XRD、TG-DTG分析可知溶解后的粉末以Mg_3(PO_4)_2·22H_2O和MgKPO_4·6H_2O的共晶体为主;通过SEM-EDS可知合成粉末中大尺寸、不规则的球形密集堆积结构溶解后呈片状、光滑结构;(3)不同pH下高纯度磷酸钾镁溶解规律:酸性溶液(pH=4.5、5.5、6.5)三种元素浓度为c(K)c(Mg)c(P),随着溶液酸性的增强,最大溶出率和溶出量依次增大,分别为8.7940×10~(-2)g、8.6875×10~(-2)g、8.4481×10~(-2)g和4.3970%、4.3437%、4.2242%;碱性溶液(pH=8.0、9.0、10.0、11.0、12.0)三种元素浓度为c(K)c(P)c(Mg),溶液碱性的增强,最大溶出率和溶出量呈现波动性变化,当pH=12.0,最大溶出率和溶出量达到最小值即7.9374×10~(-2)g、3.9687%;通过XRD、TG-DTG分析知溶解平衡状态下剩余粉末以Mg_3(PO_4)_2·22H_2O和MgKPO_4·6H_2O共晶体为主;通过SEM-EDS可得溶解后的粉末晶体发生了较大变化,酸性环境中以大尺寸、光滑片状晶体为主,碱性环境中以小尺寸、堆积疏松状晶体为主;(4)通过XRD、TG-DTG分析可知:高纯度磷酸钾镁在MgO、KH_2PO_4、KH_2PO_4和MgO溶液中溶解达到平衡状态时剩余粉末成分以Mg_3(PO_4)_2·22H_2O和Mg_3(PO_4)_2·8H_2O共晶体为主,微观晶体形貌呈现出尺寸小、堆积结构疏松的形态;(5)在MKPC基体中掺加固废微粉(粉煤灰、钢渣、镍渣),三种固废的掺入均对硬化浆体有益,其中效果最佳掺量是20%,1d的早期强度、体积变形较对比组增长了18.49%、32.86%、23.15%和199.81%、21.97%、7.327%;借助XRD、SEM-EDS分析可知水化产物的种类增多,孔结构致密,从而揭示耐水性改性的本质是微观结构形态的变化。基于磷酸钾镁水泥硬化浆体的耐水性改性机制,加快磷酸钾镁水泥的推广应用。同时高温、高碱条件下MgKPO_4·6H_2O的纯度损失较小,为防火涂层的应用提供了参考依据。
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ172.1
【部分图文】：
图 1-1 鸟粪石的单元结构[24]ntal[18]，著名的三叠纪时代的白云岩岩石中体，最大长度约为 0.3 mm。针沿结晶 a 轴晶体类型较多，其中几种形式例如{0 0 1}，{110}，{0 1 2}，{110}，{111}，{01-2}。间群 Pmn21，a = 6.903 ，b = 6.174 ，c =
图 1-1 鸟粪石的单元结构[24]al[18]，著名的三叠纪时代的白云岩岩石，最大长度约为 0.3 mm。针沿结晶 a体类型较多，其中几种形式例如{0 0 1110}，{0 1 2}，{110}，{111}，{01-2群 Pmn21，a = 6.903 ，b = 6.174 ，c
10.70 0.09 10.5 5.20 0.0 0.016 7.21 22.36 10.88 C10.67 0.058 33.7 13.9 0.0 0.047 7.33 23.07 10.55 B10.42 0.053 35.6 15.8 0.0 0.051 7.35 23.68 10.80 B(4)针对 K-鸟粪石溶解方法的评析。上述关于鸟粪石(磷酸铵镁)的溶解的方法可行，参于溶解反应的化学试剂廉价、易得且均为反应纯，排除了合成过程中杂质离子的干扰。合成的 MgKPO4·6H2O 仅仅是六种混合物中的三种形态，并且三种形态的 pH 上升到 10.5 以上。其他三种混合物中，原盐发生溶解，固相为MgHPO4·3H2O 和 Mg3(PO4)2·8H2O 的混合物。新合成的 MgKPO4·6H2O 未加入到这些混合物中导致溶液中的浓度已经太高而不能准确计算离子活度。2.2 合成制备2.2.1 磷酸钾镁合成的原材料(1)六水氯化镁(MgCl2·6H2O)，分子量：203.3，相对密度 1.56。纯品为无色单斜晶体，其外观形貌(见图 2-1)，水溶比 281g/100。
【参考文献】
本文编号：2882944
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ172.1
【部分图文】：
图 1-1 鸟粪石的单元结构[24]ntal[18]，著名的三叠纪时代的白云岩岩石中体，最大长度约为 0.3 mm。针沿结晶 a 轴晶体类型较多，其中几种形式例如{0 0 1}，{110}，{0 1 2}，{110}，{111}，{01-2}。间群 Pmn21，a = 6.903 ，b = 6.174 ，c =
图 1-1 鸟粪石的单元结构[24]al[18]，著名的三叠纪时代的白云岩岩石，最大长度约为 0.3 mm。针沿结晶 a体类型较多，其中几种形式例如{0 0 1110}，{0 1 2}，{110}，{111}，{01-2群 Pmn21，a = 6.903 ，b = 6.174 ，c
10.70 0.09 10.5 5.20 0.0 0.016 7.21 22.36 10.88 C10.67 0.058 33.7 13.9 0.0 0.047 7.33 23.07 10.55 B10.42 0.053 35.6 15.8 0.0 0.051 7.35 23.68 10.80 B(4)针对 K-鸟粪石溶解方法的评析。上述关于鸟粪石(磷酸铵镁)的溶解的方法可行，参于溶解反应的化学试剂廉价、易得且均为反应纯，排除了合成过程中杂质离子的干扰。合成的 MgKPO4·6H2O 仅仅是六种混合物中的三种形态，并且三种形态的 pH 上升到 10.5 以上。其他三种混合物中，原盐发生溶解，固相为MgHPO4·3H2O 和 Mg3(PO4)2·8H2O 的混合物。新合成的 MgKPO4·6H2O 未加入到这些混合物中导致溶液中的浓度已经太高而不能准确计算离子活度。2.2 合成制备2.2.1 磷酸钾镁合成的原材料(1)六水氯化镁(MgCl2·6H2O)，分子量：203.3，相对密度 1.56。纯品为无色单斜晶体，其外观形貌(见图 2-1)，水溶比 281g/100。
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 王坤鹏,房昌水,张建秀,孙洵,王圣来,顾庆天,李义平,李云南,王波;KDP(KD~*P)晶体结构研究进展[J];人工晶体学报;2004年02期
2 姜洪义,梁波,张联盟;MPB超早强混凝土修补材料的研究[J];建筑材料学报;2001年02期
3 杨全兵,张树青,杨钱荣,吴学礼;新型快硬磷酸盐修补材料性能[J];混凝土与水泥制品;2000年04期
4 杨全兵，吴学礼;新型超快硬磷酸盐修补材料的研究[J];混凝土与水泥制品;1995年06期
本文编号：2882944
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