磷酸钾镁合成和溶解因素的影响规律及其作用机理

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文磷酸钾镁合成和溶解因素的影响规律及其作用机理InfluenceofSynthesisandDissolvingFactorsofPotassiumMagnesiumPhosphateandItsMechanism培养单位：材料科学与工程学院专业领域：材料工程学生姓名：张洁校内导师：孙国文副教授校外导师：杨建明教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要磷酸钾镁水泥(Potassiummagnesi

3、umphosphatecement,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

4、三，测试高纯度磷酸钾镁在纯水中、不同pH值以及在MgO、KH2PO4、KH2PO4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℃、16r/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

5、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3.9974×10-2g，溶出率为1.9987%；通过XRD、TG-DTG分析可知溶解后的粉末以Mg3(PO4)2·22H2O和MgKPO4·6H2O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8.7940×10-2g、8.6875×10-2g、8.4481×

6、10-2g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7.9374×10-2g、3.9687%；通过XRD、TG-DTG分析知溶解平衡状态下剩余粉末以Mg3(PO4)2·22H2O和MgKPO4·6H2O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、T

7、G-DTG分析可知：高纯度磷酸钾镁在MgO、KH2PO4、KH2PO4和MgO溶液中溶解达到平衡状态时剩余粉末成分以Mg3(PO4)2·22H2O和Mg3(PO4)2·8H2O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