譚明洋 相利學(xué),2 李國龍

(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司；2.金正大諾泰爾化學(xué)有限公司；3.貴州省磷化工清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心)

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煅燒磷石膏用作水泥緩凝劑試驗*

譚明洋1相利學(xué)1,2李國龍3

(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司；2.金正大諾泰爾化學(xué)有限公司；3.貴州省磷化工清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心)

利用乙炔生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的電石渣中和磷石膏，并在400 ℃下煅燒1 h，將此煅燒改性磷石膏用作水泥緩凝劑配制硅酸鹽水泥。與天然石膏對比發(fā)現(xiàn)，其作水泥緩凝劑的應(yīng)用性能與天然石膏無異，且對水泥強度有一定的促進(jìn)作用，而常見水洗+石灰中和處理磷石膏水泥凝結(jié)時間較天然石膏明顯延長，并對其作用機理進(jìn)行了分析。

磷石膏 堿中和 煅燒 水泥緩凝劑

磷化工生產(chǎn)過程中排出的磷石膏，已經(jīng)成為制約磷復(fù)肥料行業(yè)發(fā)展的重要因素之一[1]，磷石膏成分復(fù)雜、產(chǎn)品不穩(wěn)定的特點也使其成為化學(xué)副產(chǎn)石膏中最難利用的固廢。眾多研究院所對磷石膏的應(yīng)用投入了大量的人力和物力，取得了突破性的進(jìn)展，但大都因為凈化成本高、工藝復(fù)雜等原因，尚未得到規(guī)模化應(yīng)用。

低附加值產(chǎn)品是磷石膏利用的主要拓展方向，而用作水泥緩凝劑是利用方向之一。據(jù)國家統(tǒng)計局公布，2015年全國水泥產(chǎn)量約23.48億t，若按照3%～4%的摻加量計算，每年磷石膏作水泥緩凝劑的用量超過8 000萬t，用量非?？捎^。目前，國內(nèi)外大都采用水洗加堿中和的方式處理磷石膏[2-3]，但此方法不僅浪費大量水資源，且僅能消除水溶性磷氟的影響，不能消除共晶磷的影響，因此與天然石膏相比，其制備的水泥的凝結(jié)時間仍然有所延長[4]。為此，試驗采用堿中和+煅燒工藝制備出了應(yīng)用性能與天然石膏無異的磷石膏水泥緩凝劑產(chǎn)品。

1 磷石膏改性煅燒

電石渣是乙炔氣體生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢，其主要成分是氫氧化鈣，所用電石渣主要成分分析見表1。利用其有效氫氧化鈣組分對磷石膏進(jìn)行堿中和處理，陳化1 d后，采用400 ℃煅燒處理，得到煅燒改性磷石膏，具體流程見圖1。常見的水洗+石灰處理方法是將磷石膏經(jīng)過大量水洗至無漂物，然后調(diào)整酸堿度到一定數(shù)值。磷石膏改性前后其主要指標(biāo)含量變化對比見表2。

表1 電石渣成分分析結(jié)果 %

圖1 磷石膏煅燒改性流程

由表2可知，采用電石渣加水?dāng)嚢杌靹蚩墒沽资嗟玫接行е泻停岣吡肆资嗟膒H值，使可溶性磷氟變成難溶性物質(zhì)，消除了大部分可溶性磷氟的影響，而陳化1 d后使該處理過程得到進(jìn)一步增強；經(jīng)過煅燒磷石膏發(fā)生了相變過程，由二水石膏轉(zhuǎn)變成無水石膏，而電石渣的摻加使其SO3含量并未提高太多；普通水洗+石灰中和處理，可有效降低可溶性磷、氟含量。

表2 磷石膏改性前后其主要指標(biāo)含量變化對比

2 煅燒磷石膏對水泥性能的影響

分別采用原二水磷石膏、煅燒磷石膏和常見的水洗+石灰處理樣品作為水泥緩凝劑進(jìn)行試驗，并與天然石膏進(jìn)行對比，研究不同磷石膏對水泥性能的影響?？刂芐O3含量為2.3%，水泥粉磨至比表面積為(350±10)m2/kg，試驗結(jié)果見表3，其中對比天然石膏SO3含量為45.5%。

表3 改性前后磷石膏作水泥緩凝劑對水泥性能的影響

由表3可知，煅燒磷石膏凝結(jié)時間與天然石膏無異，原磷石膏凝結(jié)時間過長，已遠(yuǎn)超出國家標(biāo)準(zhǔn)，但強度結(jié)果與天然石膏差別不大，而煅燒磷石膏水泥的強度較天然石膏有一定的提高；水洗+石灰處理磷石膏，在凝結(jié)時間上比原磷石膏已經(jīng)相對好很多，但比天然石膏初凝時間延遲70 min，主要是因為水洗和石灰無法消除其中共晶磷和部分難溶氟，在水泥水化過程中，共晶磷以及部分難溶磷、氟會釋放，隨即與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成難溶的氟磷鈣鹽附著在水泥熟料表面，減緩了水泥的水化速度。

采用電石渣作堿性材料可以中和磷石膏中的水溶性磷氟，提高磷石膏水泥緩凝劑的酸堿度，經(jīng)過400 ℃煅燒，磷石膏在晶體轉(zhuǎn)變過程中，共晶磷得到有效釋放，在高溫及堿性環(huán)境下釋放變成了難溶磷。因此，煅燒磷石膏中磷、氟的形態(tài)對水泥的應(yīng)能產(chǎn)生的影響減小。

圖2 磷石膏煅燒改性前后X射線衍射圖

3 結(jié) 論

(1)采用電石渣作堿性材料不僅可以中和磷石膏中的水溶性磷氟，提高磷石膏水泥緩凝劑的酸堿度，同時也解決了電石渣固廢的堆放問題。

(2)磷石膏經(jīng)過煅燒發(fā)生的相變過程是磷石膏可以用作優(yōu)質(zhì)水泥緩凝劑的關(guān)鍵，此外，在相變過程中還能消除共晶磷的影響，進(jìn)一步改善磷石膏的應(yīng)用性能。

[1] 葉學(xué)東.磷石膏利用現(xiàn)狀及“十三五”發(fā)展思路[C]∥2015中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會第六屆年會暨第十屆全國石膏技術(shù)交流大會及展覽會論文集.北京:中國建筑材料聯(lián)合會石膏建材分會，2015:25-30.

[2] 周麗娜，周明凱，趙青林，等.不同改性處理方法對磷石膏水泥調(diào)凝劑性能的影響[J].水泥，2007(8):16-18.

[3] 吳道麗.磷石膏作為水泥緩凝劑的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2008，27(6):76-77.

[4] 呂 潔.改性磷石膏對水泥性能影響的試驗研究[J].水泥，2008(9):4-6.

2016-09-05)

*金正大諾泰爾化學(xué)有限公司技術(shù)中心創(chuàng)新能力建設(shè)貴州省工業(yè)和信息化專項資金(編號：2015018)。

譚明洋(1989—)，男，工程師，276700 山東省臨沂市臨沭縣興大西街19號。