孫清臣 楊 敏(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025)

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)時(shí)排放出的固體廢棄物，2011 年磷肥產(chǎn)量1650 萬(wàn)噸，濕法磷酸產(chǎn)量預(yù)計(jì)1350 萬(wàn)噸P2O5，磷石膏副產(chǎn)量6750 萬(wàn)噸，目前累計(jì)磷石膏堆存量約為3 億噸。磷石膏的利用是一個(gè)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(duì)環(huán)境造成污染。因此，磷石膏的資源化對(duì)環(huán)境保護(hù)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(yīng)用于建材行業(yè)是實(shí)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(wú)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(qiáng)度大；無(wú)水石膏水化速率慢，膠凝材料后期強(qiáng)度大，如果在復(fù)相石膏既有無(wú)水石膏又有半水石膏，那么在水化過(guò)程中，復(fù)相石膏中的半水石膏水化能夠給無(wú)水石膏水化提供激發(fā)劑，無(wú)水石膏則增強(qiáng)了膠凝材料的后期強(qiáng)度[3-5]。因此，復(fù)相石膏形成的膠凝材料有足夠的早后期強(qiáng)度。把磷石膏煅燒成復(fù)相磷石膏，能顯著改變膠凝材料的性能。

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

1 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原材料

磷石膏：取自貴州某磷化工廠，主要成分見(jiàn)表1。

1.2 方法

取一定量的磷石膏，研磨后過(guò)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(cè)試方法測(cè)試所得復(fù)相磷石膏中各相的含量。膠凝材料的抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法參照《建筑石膏》GB/T9776-2008。

2 結(jié)果與討論

2.1 半水石膏含量對(duì)復(fù)相磷石膏膠凝材料強(qiáng)度的影響

復(fù)相磷石膏中半水石膏含量對(duì)膠凝材料強(qiáng)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(qiáng)度比較好。這可能是由于在復(fù)相磷石膏水化過(guò)程中，適當(dāng)?shù)臒o(wú)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(gòu)成整體骨架，使膠凝材料結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，增強(qiáng)了膠凝材料的強(qiáng)度。故在煅燒復(fù)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(xué)組成（w/%）

圖1 半水石膏含量對(duì)復(fù)相磷石膏膠凝材料強(qiáng)度的影響

2.2 半水石膏含量在70%-90%之間的復(fù)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(shí)間對(duì)生成半水石膏含量的影響見(jiàn)表2。通過(guò)表2 可以看出，140℃保溫50-60min，復(fù)相石膏體系中半水石膏含量在85%-91%。故可以保持此保溫時(shí)間，以不同升溫速率加熱至450℃，使此體系中含有部分無(wú)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(duì)燒成半水石膏的影響。通過(guò)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(qiáng)度較好的復(fù)相磷建筑石膏。

表2 不同保溫時(shí)間對(duì)燒制成半水石膏的含量

表3 不同升溫速率對(duì)煅燒復(fù)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(fù)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(shí)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(fù)相磷建筑石膏制作膠凝材料，測(cè)試其性能，并與物理配制無(wú)水半水比3/7的復(fù)相磷石膏對(duì)比。由表4可知，復(fù)相磷石膏建筑石膏體的強(qiáng)度優(yōu)于一般建筑石膏。

表4 物理配制和直接燒制成的復(fù)相磷建筑石膏的水化性能

3 結(jié)語(yǔ)

以5℃/min 的升溫速率升至140℃，保溫時(shí)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(fù)相磷建筑石膏。故利用磷石膏生產(chǎn)性能較好復(fù)相磷石膏，為磷石膏建材資源化找到一個(gè)好方向。

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