磷石膏品質(zhì)的影響因素及其建材資源化研究.pdf

1、磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)的副產(chǎn)物，生產(chǎn)1噸磷酸產(chǎn)生約5噸磷石膏。磷石膏的年排放量5000多萬噸，有效利用率不足10％，嚴(yán)重影響磷化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。磷石膏的晶形較差，有害雜質(zhì)多，品質(zhì)波動(dòng)不定，缺乏質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，是制約其建材資源化的重要原因。目前磷石膏資源化的技術(shù)路線是通過預(yù)處理和改性提高磷石膏的品質(zhì)，資源化成效并不顯著。磷石膏的品質(zhì)主要取決于濕法磷酸工藝。本文采用在實(shí)驗(yàn)室模擬二水法濕法磷酸工藝的方法，系統(tǒng)研究了濕法磷酸生產(chǎn)工藝與磷石膏的晶

2、形、可溶磷、共晶磷含量的關(guān)系，通過改進(jìn)和優(yōu)化磷酸工藝來實(shí)現(xiàn)磷石膏品質(zhì)的提升和磷資源的有效回收。深入研究了雜質(zhì)和晶形對(duì)磷建筑石膏性能的影響規(guī)律和作用機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)排放磷石膏的品質(zhì)情況，研究并建立定量評(píng)定磷石膏質(zhì)量的指標(biāo)體系，并探討了磷石膏制備建筑石膏和粉刷石膏的技術(shù)途徑，對(duì)規(guī)范磷石膏的排放和資源化有較好的指導(dǎo)意義。
　　磷石膏中可溶磷的含量主要取決于過濾洗滌工藝。磷石膏的晶形、洗滌水溫度、洗滌液固比和洗滌次數(shù)是影響洗滌率

3、的主要因素。磷石膏的晶形由細(xì)針狀和薄片狀變?yōu)榇执蟮闹鶢詈托狈桨鍫?，洗滌率提高約3%，可溶磷的含量降低42%；洗滌水溫度由40℃提高到80℃，洗滌率提高1.6%，磷石膏中可溶磷的含量降低36%；洗滌液固比由1.5:1提高到2.5:1，洗滌率提高2.2%，磷石膏中可溶磷的含量降低47%；洗滌次數(shù)由1次增加到3次，洗滌率提高1.8%，磷石膏中可溶磷的含量降低32%。通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了過濾洗滌工藝，使磷石膏中可溶磷的含量與現(xiàn)有工藝相比降低了約40%

4、。
　　磷石膏中共晶磷的含量與二水石膏的析晶過飽和度呈正相關(guān)。提高反應(yīng)溫度和液相SO3濃度或降低液相P2O5濃度，都可降低析晶過飽和度。當(dāng)析晶過飽和度控制在1.4以下時(shí)，磷石膏中共晶磷的含量可降到0.4%以下。
　　萃取反應(yīng)過程的析晶過飽和度是影響磷石膏晶形的主要因素。通過研究濕法磷酸的萃取反應(yīng)工藝，結(jié)果表明：(1)磷礦粉的細(xì)度、液相SO3濃度和液相P2O5濃度對(duì)磷石膏的晶體形貌和大小都有影響。液相SO3濃度提高，析晶過飽和

5、度降低，磷石膏的晶體由薄片狀和細(xì)針狀變?yōu)榇执蟮闹鶢詈托狈桨鍫睿傧蚓劬мD(zhuǎn)變，平均粒徑變大；磷礦粉的比表面積增大、液相P2O5濃度提高，析晶過飽和度升高，晶體由粗大的板狀變?yōu)橹鶢睿傧蚣?xì)針狀轉(zhuǎn)變，平均粒徑變小。(2)反應(yīng)溫度、料漿液固比、養(yǎng)晶時(shí)間和養(yǎng)晶溫度僅影響磷石膏的晶體大小。提高反應(yīng)溫度、減小料漿液固比、延長養(yǎng)晶時(shí)間和提高養(yǎng)晶溫度，都可使析晶過飽和度降低，晶體尺寸變大，晶形均為柱狀或板狀。
　　可溶磷降低了磷石膏的脫水溫度，特別

6、是對(duì)一次脫水溫度影響較大；在建筑石膏水化時(shí)，使其凝結(jié)時(shí)間延長，液相過飽和度降低，晶體粗化，硬化體強(qiáng)度降低；三種形態(tài)可溶磷的影響程度為H3PO4＞H2PO4-＞HPO42-。共晶磷在石膏煅燒過程中不發(fā)生變化，在水化過程中從晶格中釋放出來轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芰譎PO42-溶解在漿體中，其電離出的PO43-迅速與溶液中大量存在的Ca2+結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性 Ca3(PO4)2覆蓋在晶體表面，阻礙了石膏的進(jìn)一步水化，電離出的H+使?jié){體的pH值降低。磷石膏的

7、晶體形貌和晶體尺寸對(duì)磷建筑石膏的物理力學(xué)性能有很大影響。粗大的斜方板狀結(jié)晶對(duì)磷石膏膠結(jié)材的性能最為不利，長徑比較大的棱柱狀次之，長徑比較小的短柱狀結(jié)晶的性能最好；當(dāng)磷石膏晶形為斜方板狀時(shí)，晶體的長寬比越大，厚度越大，越接近棱柱狀，磷石膏膠結(jié)材的性能越好。
　　與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)按照磷石膏的品位進(jìn)行分級(jí)不同，論文以“磷石膏是否需要經(jīng)過預(yù)處理生產(chǎn)出合格品建筑石膏”為分級(jí)原則，將可溶磷、可溶氟、共晶磷、有機(jī)物以及pH值、細(xì)度加入磷石膏質(zhì)量評(píng)定

8、指標(biāo)體系，以國內(nèi)排放的磷石膏的品質(zhì)情況和雜質(zhì)、pH值、細(xì)度對(duì)磷石膏性能的影響規(guī)律為依據(jù)，設(shè)立了評(píng)價(jià)指標(biāo)的相應(yīng)限值，將磷石膏分為兩級(jí)。一級(jí)磷石膏可直接生產(chǎn)出合格品建筑石膏，二級(jí)磷石膏經(jīng)過簡單的非水洗預(yù)處理可生產(chǎn)出合格品建筑石膏。按照指標(biāo)體系的分級(jí)方法，國內(nèi)排放的磷石膏約75%達(dá)到二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，其中符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的約20%。其余約25%不符合指標(biāo)體系要求的磷石膏的生產(chǎn)企業(yè)，可通過改進(jìn)磷酸生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出滿足指標(biāo)體系要求的磷石膏。
　　磷