磷石膏制备复相磷石膏煅烧工艺研究

孙清臣 杨 敏(贵州大学化学与化工学院，贵州 贵阳550025)

磷石膏是湿法磷酸生产时排放出的固体废弃物，2011 年磷肥产量1650 万吨，湿法磷酸产量预计1350 万吨P2O5，磷石膏副产量6750 万吨，目前累计磷石膏堆存量约为3 亿吨。磷石膏的利用是一个世界性的难题，目前主要的处理方式仍然是堆存，大量磷石膏的堆存不仅占用大量土地，还可能对环境造成污染。因此，磷石膏的资源化对环境保护和磷化工行业的可持续发展有重大意义[1,2]。

磷石膏应用于建材行业是实现其资源有效利用的主要途径。磷石膏的主要成分是二水硫酸钙，二水石膏脱水后可生成半水石膏或无水石膏等类型的胶凝材料。半水石膏水化速率快，水化形成的胶凝材料早期强度大；无水石膏水化速率慢，胶凝材料后期强度大，如果在复相石膏既有无水石膏又有半水石膏，那么在水化过程中，复相石膏中的半水石膏水化能够给无水石膏水化提供激发剂，无水石膏则增强了胶凝材料的后期强度[3-5]。因此，复相石膏形成的胶凝材料有足够的早后期强度。把磷石膏煅烧成复相磷石膏，能显著改变胶凝材料的性能。

本文研究了保温时间、升温速率对煅烧制得复相磷石膏中半水石膏含量的影响，并对比分析物理配制成的复相磷石膏的性能，找出制备复相磷石膏最佳工艺条件。

1 原材料与实验方法

1.1 原材料

磷石膏：取自贵州某磷化工厂，主要成分见表1。

1.2 方法

取一定量的磷石膏，研磨后过80 目筛，样品放置后，在选定温度和升温速率下煅烧，冷却后注模成型。根据石膏相组成测试方法测试所得复相磷石膏中各相的含量。胶凝材料的抗折、抗压强度测试方法参照《建筑石膏》GB/T9776-2008。

2 结果与讨论

2.1 半水石膏含量对复相磷石膏胶凝材料强度的影响

复相磷石膏中半水石膏含量对胶凝材料强度的影响如图1。从图1 中可以发现半水石膏含量在70%-90%之间，胶凝材料的强度比较好。这可能是由于在复相磷石膏水化过程中，适当的无水石膏后期水化生成的二水石膏晶体与半水石膏水化形成的骨架共同构成整体骨架，使胶凝材料结构更加密实，增强了胶凝材料的强度。故在煅烧复相磷石膏工艺中，要使其中的半水石膏含量保持70%-90%。

表1 磷石膏化学组成（w/%）

图1 半水石膏含量对复相磷石膏胶凝材料强度的影响

2.2 半水石膏含量在70%-90%之间的复相磷石膏的煅烧条件确定

以5℃/min 的升温速率升至140℃，不同保温时间对生成半水石膏含量的影响见表2。通过表2 可以看出，140℃保温50-60min，复相石膏体系中半水石膏含量在85%-91%。故可以保持此保温时间，以不同升温速率加热至450℃，使此体系中含有部分无水石膏。表3 是以5℃/min的升温速率升至140℃，保温50 min；然后以不同升温速率升至450℃，保温5min。不同升温速率对烧成半水石膏的影响。通过表3 可以看出升温速率在10-40 ℃/min 范围内，可以得出可得半水石膏含量在75%至85%的强度较好的复相磷建筑石膏。

表2 不同保温时间对烧制成半水石膏的含量

表3 不同升温速率对煅烧复相磷石膏中半水石膏含量的影响

2.3 物理配制和直接烧制成的复相磷建筑石膏的水化性能

采用以5℃/min 的升温速率升至140℃，保温时间控制在50min，然后以15℃/min 的升温速率升至450 度，并保温5min 制得的复相磷建筑石膏制作胶凝材料，测试其性能，并与物理配制无水半水比3/7的复相磷石膏对比。由表4可知，复相磷石膏建筑石膏体的强度优于一般建筑石膏。

表4 物理配制和直接烧制成的复相磷建筑石膏的水化性能

3 结语

以5℃/min 的升温速率升至140℃，保温时间控制在50 至60min 范围内，然后以10 至40℃/min 的升温速率升至450℃，并保温5min，可得到半水石膏含量在75%至85%的性能较好的复相磷建筑石膏。故利用磷石膏生产性能较好复相磷石膏，为磷石膏建材资源化找到一个好方向。

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