雜質預處理方式對復相磷石膏水化特性的影響

孫清臣 楊 敏 楊成軍

（1貴州中建建筑科研設計院有限公司，貴州 貴陽 550009；2貴州大學，貴州 貴陽550006）

磷石膏排放量大，利用率低，對環(huán)境造成很大危害，提高其應用率迫在眉睫。目前磷石膏大量應用在建筑行業(yè)，主要是煅燒制成半水石膏，但此類產品的強度和耐水性都不好，故在建材使用上受到一定的限制[1，2]。

本文根據溶解析晶理論，擬將煅燒磷石膏制備半水-無水復相石膏，利用半水石膏快速水化提供硬化體早期強度，同時激發(fā)無水石膏水化；無水石膏在一定程度上能夠延緩半水石膏的水化速率并提供后期強度[3]。

復相石膏水化時，磷石膏中雜質會對復相石膏膠凝材料的水化硬化產生不利影響，故必須對磷石膏進行預處理才能制備出穩(wěn)定性良好的石膏。本文選用水洗、浮選和石灰中和三種預處理方式去除磷石膏中的雜質，分析測試三種方式分別對復相石膏水化性能的影響[4，5，6，7]。

1 試驗原料與方法

1.1 原材料

磷石膏：取自貴州甕福磷化工廠，主要成分見表1。

1.2 方法

1.2.1 磷石膏的三種預處理方法

1）水洗

將自來水加入磷石膏中，攪拌10min，靜置， 棄掉上層水液，洗滌多次至洗滌液呈中性，40±2℃鼓風干燥至游離水分≤0.5%。

2）浮選

將自來水加入磷石膏中，攪拌10min，靜置，刮掉表面深色的油狀懸浮物。重復進行，直到攪拌不出油狀懸浮物，40±2℃鼓風干燥至游離水分≤0.5%。

表1 磷石膏化學組成（w/%）

3）石灰中和

將少量水加入磷石膏中，制備成料漿，然后加入一定量的石灰至料漿成中性，燜料24h，40±2℃鼓風干燥至游離水分≤0.5%。

1.2.2 復相磷石膏的制備方法

以5℃/min的升溫速率升至140℃，保溫時間控制在50min左右，然后以20℃/min的升溫速率升至450℃，并保溫5min，可得到復相磷石膏[8]。

1.2.3 復相磷石膏硬化體制備和強度測試方法：

取一定量制備的復相磷石膏，過80目篩，注模成型。膠凝材料的抗折、抗壓強度測試方法參照《建筑石膏》GB/T9776-2008。

2 結果與分析

不同預處理方式處理磷石膏前后雜質的含量如表2，不同預處理后樣品煅燒制得的復相磷石膏水化后的性能如表3。

表2 預處理前后雜質的含量/wt/%

表3 不同預處理后樣品水化后的性能

圖1 不同預處理后復相石膏硬化體的SEM圖（水化7d放大3000倍）

從表2和表3中可以看出，經水洗預處理后，磷石膏中的雜質含量最少，僅含有t-P2O5，煅燒得到的復相石膏水化硬化后硬化體強度較高，微觀結構（圖1a）結晶為細棒狀，生長良好。但水洗耗用大量的水，排出的廢水會產生二次污染，而且在制備復相石膏過程中干燥時間長，耗能大。

從表1和表2可以看出，經浮選預處理后，有機物基本除去，但是w-P2O5和w-F含量基本不變，經浮選所生成的制品強度最低。從圖1(b)中出現大量團聚現象，說明可溶性P、F雜質與Ca2+生成難溶性的Ca3(PO4)2和CaF2，包裹在石膏晶體周圍，阻止其生長，致使復相磷石膏結晶形貌差，結構疏松，所以制品強度低。故雖然浮選工藝簡單，但是效果一般。

從表1中可以看出，經石灰中和預處理后，磷石膏中w-P2O5和w-F含量明顯減少，有機物含量不變。從圖1(c)可以看出，制品為棒狀晶體，晶體結構致密。從表2中可看出，石灰中和預處理后得到的復相石膏硬化體強度最高。這是因為采用石灰中和，直接將磷石膏中可溶性磷、氟轉變成難溶性的Ca3(PO4)2和CaF2，消除了磷石膏中可溶性P、F雜質對二水硫酸鈣脫水轉變過程的影響；同時一定量石灰的加入，使得復合磷石膏膠凝體系中產生Ca(OH)2晶體，起到結晶核的作用，從而促進體系水化。從經濟方面考慮，石灰中和工藝簡單，效果好，并且成本較低。

3 結 語

石灰中和處理的磷石膏制備的復相磷石膏水化后晶體結構較好，抗折、抗壓強度分別達到4.65MPa、14.9MPa。綜上所述，用磷石膏制取復相石膏前采用石灰中和對其進行預處理是最佳選擇。

[1] Semra Coruh, Osman Nuri Ergun. Use of fly ash,phosphogypsum and red mud as a liner material for the disposal of hazardous zinc leach residue waste[J]. Journal of Hazardous Materials. 2010,(173/1-3):468-473.

[2] 江開宏.改性磷石膏作水泥緩凝劑的研究[J].新世紀水泥導報.2006,(3):25-27.

[3] 楊敏,曹建新,謝燕.半水石膏激發(fā)Ⅱ型無水磷石膏的研究[J].武漢理工大學學報.2010,32(18):63-65.。

[4] 馬林轉等.磷石膏預處理工藝綜述[J].磷肥與復肥.2007,22(3):62-63.

[5] 馬林轉,寧平,楊月紅,陳玉保.磷石膏預處理工藝綜述[J].磷肥與復肥,2007,22(3):62-63.

[6] 胡旭東,趙志曼.磷石膏的預處理工藝綜述[J].建材發(fā)展導向,2006(1):48-51.

[7] Manjit Singh, Mridul Garg, C.L. Verma, et al. An improved process for the purification of phosphogypsum[J].Construction and Building Materials, 1996,10(8):597-600.

[8] 孫清臣,楊敏.磷石膏制備復相磷石膏煅燒工藝研究[J].中國建材科技,2013(2):45-46.