磷石膏制備復相磷石膏煅燒工藝研究

孫清臣 楊 敏(貴州大學化學與化工學院，貴州 貴陽550025)

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)時排放出的固體廢棄物，2011 年磷肥產(chǎn)量1650 萬噸，濕法磷酸產(chǎn)量預計1350 萬噸P2O5，磷石膏副產(chǎn)量6750 萬噸，目前累計磷石膏堆存量約為3 億噸。磷石膏的利用是一個世界性的難題，目前主要的處理方式仍然是堆存，大量磷石膏的堆存不僅占用大量土地，還可能對環(huán)境造成污染。因此，磷石膏的資源化對環(huán)境保護和磷化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重大意義[1,2]。

磷石膏應用于建材行業(yè)是實現(xiàn)其資源有效利用的主要途徑。磷石膏的主要成分是二水硫酸鈣，二水石膏脫水后可生成半水石膏或無水石膏等類型的膠凝材料。半水石膏水化速率快，水化形成的膠凝材料早期強度大；無水石膏水化速率慢，膠凝材料后期強度大，如果在復相石膏既有無水石膏又有半水石膏，那么在水化過程中，復相石膏中的半水石膏水化能夠給無水石膏水化提供激發(fā)劑，無水石膏則增強了膠凝材料的后期強度[3-5]。因此，復相石膏形成的膠凝材料有足夠的早后期強度。把磷石膏煅燒成復相磷石膏，能顯著改變膠凝材料的性能。

本文研究了保溫時間、升溫速率對煅燒制得復相磷石膏中半水石膏含量的影響，并對比分析物理配制成的復相磷石膏的性能，找出制備復相磷石膏最佳工藝條件。

1 原材料與實驗方法

1.1 原材料

磷石膏：取自貴州某磷化工廠，主要成分見表1。

1.2 方法

取一定量的磷石膏，研磨后過80 目篩，樣品放置后，在選定溫度和升溫速率下煅燒，冷卻后注模成型。根據(jù)石膏相組成測試方法測試所得復相磷石膏中各相的含量。膠凝材料的抗折、抗壓強度測試方法參照《建筑石膏》GB/T9776-2008。

2 結果與討論

2.1 半水石膏含量對復相磷石膏膠凝材料強度的影響

復相磷石膏中半水石膏含量對膠凝材料強度的影響如圖1。從圖1 中可以發(fā)現(xiàn)半水石膏含量在70%-90%之間，膠凝材料的強度比較好。這可能是由于在復相磷石膏水化過程中，適當?shù)臒o水石膏后期水化生成的二水石膏晶體與半水石膏水化形成的骨架共同構成整體骨架，使膠凝材料結構更加密實，增強了膠凝材料的強度。故在煅燒復相磷石膏工藝中，要使其中的半水石膏含量保持70%-90%。

表1 磷石膏化學組成（w/%）

圖1 半水石膏含量對復相磷石膏膠凝材料強度的影響

2.2 半水石膏含量在70%-90%之間的復相磷石膏的煅燒條件確定

以5℃/min 的升溫速率升至140℃，不同保溫時間對生成半水石膏含量的影響見表2。通過表2 可以看出，140℃保溫50-60min，復相石膏體系中半水石膏含量在85%-91%。故可以保持此保溫時間，以不同升溫速率加熱至450℃，使此體系中含有部分無水石膏。表3 是以5℃/min的升溫速率升至140℃，保溫50 min；然后以不同升溫速率升至450℃，保溫5min。不同升溫速率對燒成半水石膏的影響。通過表3 可以看出升溫速率在10-40 ℃/min 范圍內(nèi)，可以得出可得半水石膏含量在75%至85%的強度較好的復相磷建筑石膏。

表2 不同保溫時間對燒制成半水石膏的含量

表3 不同升溫速率對煅燒復相磷石膏中半水石膏含量的影響

2.3 物理配制和直接燒制成的復相磷建筑石膏的水化性能

采用以5℃/min 的升溫速率升至140℃，保溫時間控制在50min，然后以15℃/min 的升溫速率升至450 度，并保溫5min 制得的復相磷建筑石膏制作膠凝材料，測試其性能，并與物理配制無水半水比3/7的復相磷石膏對比。由表4可知，復相磷石膏建筑石膏體的強度優(yōu)于一般建筑石膏。

表4 物理配制和直接燒制成的復相磷建筑石膏的水化性能

3 結語

以5℃/min 的升溫速率升至140℃，保溫時間控制在50 至60min 范圍內(nèi)，然后以10 至40℃/min 的升溫速率升至450℃，并保溫5min，可得到半水石膏含量在75%至85%的性能較好的復相磷建筑石膏。故利用磷石膏生產(chǎn)性能較好復相磷石膏，為磷石膏建材資源化找到一個好方向。

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