王園，秦佳檬

（1.南京鈦白化工有限責任公司，江蘇 南京 210043；2.江蘇久吾高科技股份有限公司，江蘇 南京 210043）

0 引言

鈦石膏是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)通過鈣法中和廢酸時產(chǎn)生的一種固體廢棄物，主要成分是CaSO4·2H2O。我國鈦白粉生產(chǎn)工藝90%以上采用硫酸法制鈦白工藝，按照每生產(chǎn)1 t鈦白粉副產(chǎn)4～5 t鈦石膏(干基)計算[1]，我國鈦石膏年排放量已經(jīng)高達1 500余萬噸。鈦石膏具有雜質多、晶體小、含水率高的特性，且制成建筑石膏產(chǎn)品強度極低，幾乎沒有市場競爭力，年綜合利用率不足10%。近年來，我國環(huán)保政策日益收緊，鈦石膏的資源化利用問題制約著硫酸法鈦白粉企業(yè)的綠色健康發(fā)展。因此，探索鈦石膏資源化利用課題有著重大意義。

目前，我國僅有10%左右的鈦石膏是作為水泥緩凝劑進行綜合處理的[2-4]，絕大部分鈦石膏還是以堆存填埋為主[5-6]，不僅浪費大量土地資源，還給周邊環(huán)境帶來污染。同時，我國也是磷石膏副產(chǎn)大國，磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物[7]，在我國每年生產(chǎn)量大約7 500萬噸。從2018年開始，我國磷石膏被大量綜合利用制備建筑石膏粉[8-9]，用于抹灰石膏、石膏基自流平等建筑行業(yè)[10-11]。隨著我國高速發(fā)展，建筑石膏粉作為一種優(yōu)質的膠凝材料[12-13]，被廣泛應用于陶瓷模具、建筑建材、裝飾裝修及工藝美術等領域，用來制作成石膏線條、石膏砌塊、機噴石膏、石膏自流平、裝配式墻體等。由于其自身性能的優(yōu)越性而倍受青睞，社會需求量大。隨著近幾年經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，這種需求量在不斷增加，而且對建筑石膏的質量及性能要求也越來越高。目前建筑石膏年產(chǎn)量超過500余萬噸，同時仍有上升趨勢。然而，天然石膏、脫硫石膏等優(yōu)質資源已日趨緊張，磷石膏、鈦石膏具有產(chǎn)量大、價格低的優(yōu)勢，在抹灰石膏行業(yè)有巨大市場前景。針對這個問題，本次研究主要將鈦石膏與磷石膏按一定比例進行混燒用于生產(chǎn)建筑石膏。在不影響石膏產(chǎn)品性能的前提下，將鈦石膏和磷石膏混合煅燒制備建筑石膏，可以有效地解決鈦石膏資源化利用問題，解決環(huán)境問題，同時可以降低抹灰石膏的成本。

1 實驗

1.1 實驗原料

鈦石膏來自于南京鈦白化工有限責任公司；磷石膏來自于湖北某磷化工企業(yè)。

1.2 實驗儀器

煅燒后的石膏相組成分析采用三相檢測儀；煅燒后的石膏凝結時間、標準稠度采用標稠桶進行檢測；煅燒后的2 h抗折強度、2 h抗壓強度由抗折抗壓一體機進行檢測。

2 鈦石膏預處理

傳統(tǒng)鈦石膏制備方法制取鈦石膏具有含水率高、品位低等問題。為了更好地保證混燒后產(chǎn)品質量，盡量綜合利用鈦石膏，本次實驗在混燒前先對鈦石膏進行預處理，目的是降低石膏含水率，同時提高石膏品位。

預處理工藝：（1）將鈦白廢酸中加入碳酸鈣進行中和反應，控制反應體系pH在2.5左右，采用離心機進行固液分離；（2）將離心得到的上清液返回中和池繼續(xù)中和處理。固體石膏采用廠區(qū)內的中和水進行1∶1清洗，清洗后得到鈦石膏，該種石膏具有白度高、含水率低、品位高等優(yōu)點。

3 鈦石膏混燒工藝對石膏性能的影響

3.1 煅燒工藝

混燒工藝是將鈦石膏和磷石膏按照一定比例混合，通過計量皮帶輸送至沸騰煅燒機進行煅燒、陳化、磨粉和包裝。相較其他鈦石膏處理工藝而言，該種工藝簡單，且成本低廉，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.2 煅燒溫度對石膏性能的影響

實驗研究不同煅燒溫度對石膏性能的影響，實驗分別取1.8 kg磷石膏及0.2 kg鈦石膏進行混合煅燒，分別在120 ℃、130 ℃、140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃目標溫度下放入沸騰煅燒爐中進行煅燒，達到目標溫度保溫2 h， 然后置于實驗室中自然陳化2天 ，采用石膏水份檢測儀檢測石膏水份，控制石膏煅燒后的二水石膏含量為5%左右。將石膏進行研磨級配后，用三聯(lián)模制成石膏標準試塊（40 mm×40 mm×160 mm），檢測石膏煅燒后的初凝時間、終凝時間、標準稠度、2 h抗折強度、2 h抗壓強度，結果如表1所示。

表1 煅燒溫度對石膏性能的影響

從表1可以看出煅燒溫度在160 ℃時，石膏標準稠度用水量最低，隨著煅燒溫度的升高或者降低，石膏標準稠度用水量升高。煅燒溫度控制為160 ℃時，石膏2 h抗折強度及2 h抗壓強度最佳。綜上所述，應控制石膏煅燒溫度為160 ℃最優(yōu)。

3.3 鈦石膏摻量對石膏性能的影響

實驗研究不同鈦石膏摻量對石膏性能的影響，實驗分別將磷石膏中混摻5%、10%、15%、20%的鈦石膏進行煅燒?？刂旗褵郎囟葹?60 ℃，放入沸騰煅燒爐中進行煅燒，達到目標溫度后保溫2 h， 再置于實驗室中自然陳化2天。實驗采用石膏水份檢測儀檢測石膏水份，目的是控制石膏煅燒后二水石膏含量為5%左右。將煅燒后的石膏進行研磨級配，采用三聯(lián)模制成石膏標準試塊（40 mm×40 mm×160 mm），檢測石膏的初凝時間、終凝時間、標準稠度、2 h抗折強度、2 h抗壓強度，實驗結果如表2所示。

表2 鈦石膏摻量對石膏性能的影響

從表2可以看出隨著鈦石膏摻量升高，石膏標準稠度需水量升高，初、終凝時間降低。如圖2所示，隨著鈦石膏摻量升高，2 h抗折抗壓強度下降，在鈦石膏摻量為10%時強度下降明顯?？紤]到后期產(chǎn)品使用要求，鈦石膏摻量建議在10%。

圖2 鈦石膏摻量對抗折抗壓強度圖

3.4 混燒鈦石膏制備輕質抹灰石膏

磷石膏顏色偏灰適合用于生產(chǎn)抹灰石膏，實驗采用上述實驗在160 ℃煅燒石膏，混摻10%鈦石膏，將制得的建筑石膏粉用于制備抹灰石膏，考察該種混燒工藝制得石膏的應用情況。實驗室將陳化完成的石膏粉中添加緩凝劑，延長抹灰石膏凝結時間，使得石膏具有更長的操作時間。添加部分減水劑，降低抹灰石膏需水量，同時提高石膏流動性。將實驗室調配的抹灰石膏進行檢測，檢測結果如表3所示， 可以看出，采用該種混燒工藝煅燒的石膏可以滿足國家標準要求，可以用于制備抹灰石膏。

表3 抹灰石膏檢測標準結果

4 結語

將磷石膏混摻10%的鈦石膏，采用沸騰爐在160 ℃進行煅燒后，制得的建筑石膏粉，其初凝時間和終凝時間較好，標準稠度下需水量較低，同時2 h抗折強度和2 h抗壓強度較高，采用該種建筑石膏粉制得的抹灰石膏可以達到國家標準。通過該種工藝可以提高鈦石膏的整體綜合利用率，實現(xiàn)變廢為寶。