磷酸鹽對石膏溶解性能的影響

韓　濤，楊學騰，靳秀芝，王慧奇，鐘軍超，李曉宇

(中北大學材料科學與工程學院，太原　030051)

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磷酸鹽對石膏溶解性能的影響

韓濤，楊學騰，靳秀芝，王慧奇，鐘軍超，李曉宇

(中北大學材料科學與工程學院，太原030051)

磷酸鹽； 石膏； 結晶形貌； 溶解度

1　引　言

可溶磷雜質對石膏晶體形貌及粒度分布等會造成一定程度的影響，進而影響其溶解性能。Akyol等[18-22]研究表明離子吸附在了活性大的石膏晶體表面(c軸方向端面)，抑制了石膏晶體軸向的生長，使得石膏晶體由針柱狀變為板片狀，晶體粒徑變大，晶體表面能降低，溶解度下降。彭家惠等[23-26]研究表明可溶磷主要分布在二水石膏晶體表面，轉化為Ca3(PO4)2沉淀，覆蓋在石膏晶體表面，使石膏溶解度降低。但是，在可溶磷對石膏溶解度的影響程度方面鮮有報道，因此研究磷石膏中可溶磷對石膏溶解性能的影響，對其在不同種類水泥中的合理應用能夠提供有力的理論支持。

本實驗采用分析純試劑為原料，模擬磷石膏中磷酸鹽種類及含量，分析了可溶磷對石膏溶解度的影響及其影響機理，對工業廢棄磷石膏的合理利用提供一定的理論依據。

2　實　驗

2.1實驗原料及儀器

實驗原料：分析純CaSO4·2H2O、Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4。

所用儀器：DZF型真空干燥箱，FA2104電子分析天平，HJ-4多頭磁力攪拌機，TG16離心機等。

2.2試樣制備

表1磷酸鹽種類及摻量

Tab.1The species and dosage of phosphate

試樣編號磷酸鹽種類磷酸鹽摻量(wt%)1#^5#Na3PO40.50.81.01.52.06#^10#Na2HPO40.50.81.01.52.011#^15#NaH2PO40.50.81.01.52.0

注：(1)表中磷酸鹽摻量以P2O5占石膏質量百分比來計算，模擬磷石膏中磷酸鹽種類及含量；(2)實驗另設不摻加磷酸鹽的空白試樣

2.3分析測試

物相利用日本理學(RIGAKU)D/Max-rB型X射線衍射儀測定，電壓40 kV，電流100 mA，掃描范圍5°～40°。樣品形貌利用日本HITACHI公司生產的S-4800型掃描電子顯微鏡觀察。采用硫酸鋇重量法測試樣品的溶解度，顆粒尺寸分布規律利用Nano-Measurer軟件測量(每個樣品取150～200個測量點分析)。

3　結果與討論

3.1磷酸鹽對石膏溶解度的影響

磷酸鹽對石膏溶解度的影響如圖1所示。由圖1可知，磷酸鹽的加入對石膏的溶解都有一定程度的抑制作用。不同種類磷酸鹽對石膏溶解抑制作用各不相同，在實驗濃度范圍內，隨著Na2HPO4、NaH2PO4摻量的增大，石膏溶解度呈現先下降之后穩定的趨勢；Na3PO4對石膏溶解抑制作用最為明顯，實驗濃度范圍內，其摻量越大，石膏溶解度越小。

圖1　磷酸鹽摻量對石膏溶解度的影響Fig.1　The influence of phosphate dosage on the solubility of gypsum

3.2磷酸鹽對石膏結晶形貌的影響

圖2　磷酸鹽種類對石膏結晶形貌的影響(a-空白，Fig.2　The influence of phosphate species on the gypsum crystal morphology

圖3　磷酸鹽種類對石膏晶體粒徑分布的影響Fig.3　The influence of phosphate species on the crystal particle size distribution of gypsum

圖摻量對石膏結晶形貌的影響(a-0.5%，b-0.8%，c-1.0%，d-1.5%)Fig.4　The influence of phosphate dosage on the gypsum crystal morphology

3.3衍射分析及能譜分析

圖5　不同摻量樣品的XRD圖譜Fig.5　XRD patterns of samples with different content of

圖摻量1.0%晶體表面元素分析Fig.6　Crystal surface elemental analysis of 1.0%

4　結　論

本實驗采用分析純試劑為原料，研究了磷酸鹽對石膏溶解度的影響，從石膏結晶形貌、粒度分布及磷酸鹽的吸附幾方面分析了其影響機理。研究表明：

(3)磷酸鹽選擇性的吸附在石膏晶體表面呈現陽性的(120)、(111)晶面，抑制了石膏晶體c軸方向的生長，使得針柱狀的石膏變為粗棒狀，粒徑顯著變大。

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Effect of Phosphate on the Solubility of Gypsum

HANTao,YANGXue-teng,JINXiu-zhi,WANGHui-qi,ZHONGJun-chao,LIXiao-yu

(College of Materials Science and Engineering,North University of China,Taiyuan 030051,China)

phosphate;gypsum;crystal morphology;solubility

國家科技支撐計劃項目(2013BAC14B00)；山西省基礎研究計劃項目(2014011003-2)

韓濤(1972-)，男，副教授，博士. 主要從事固體廢棄物綜合利用和水泥基材料制備與性能方面的研究.

TQ172

A

1001-1625(2016)05-1418-05