磷石膏特性淺析

1、磷石膏特性淺析隨著社會對土地和水資源保護呼聲的增加，傳統(tǒng)堆存的處理方式已經(jīng)制約了 磷化工企業(yè)的發(fā)展，只有解決好磷石膏的進出平衡才能使企業(yè)的發(fā)展可持續(xù)，為解決好磷石膏的綜合利用問題，筆者對磷石膏的特性進行了粗淺的分析。1磷石膏的物理特性磷石膏是化工廠用磷灰石與硫酸作用，濕法產(chǎn)生磷酸時的工業(yè)副產(chǎn)物。磷石 膏外觀為黃白色、淺灰白色或黑灰色細粉狀固體，主要成分為CaSO 4nH2O,其質(zhì)量份數(shù)通常在85%以上。理論上講，與天然石膏一樣，工業(yè)廢渣磷石膏也存在 七種礦物相，有 CaSO42H2O、CaSO40.5H20、B CaSO4 0.5H20 等。與天然石膏相似，磷石膏一般含游離水 20%-30%。

2、根據(jù)濕法磷酸生產(chǎn)工藝的不同，磷 石膏結(jié)晶有二水化合物（CaSO42H2O）、半水化合物（CaSO4 0.5H2O）等形態(tài)。通過實驗室常規(guī)測定，磷石膏呈灰白色，局部呈黃色和灰黃色，有較強的酸 性，松散容重0.85g/cm3,孔隙比1.03.5,滲透系數(shù)2.83.2 X0-4cm/s。其為 多組份的復雜結(jié)晶體，含結(jié)晶水1925%,附著水4%12%，液限52%，塑限 32%。2磷石膏化學與礦物成分對于磷石膏等成分測定，采用SIEMENS D500型X衍射分析儀進行測定， 儀器工作電壓和電流為 40kV和30mA，掃描速度（2 9） = 40/min。磷石膏的主要組成是二水硫酸鈣，此外還有一定量P2O

3、3、F-、Fe2O3、有機質(zhì)、未分解的磷礦粉和酸性不溶物等，其具體的化學成份見表1。表1磷石膏的化學成份（%）成份 SiO2 Fe2O3 MgO CaO SO3 P2O5 F-結(jié)晶水其它含量（%） 3.520.250.8930.6841.642.030.6319.950.413磷石膏的微觀晶體結(jié)構(gòu)3.1針狀晶體晶體的尺寸大小為：長80500、寬20100，厚510，長寬比約45。 這種晶體具有懸浮傾向，在料漿脫水時呈中性。3.2單分散板狀結(jié)晶晶體多為平行四邊形或菱形，結(jié)晶尺寸為：長40200、寬30150、厚510、長寬比約為1.31.5。這些晶體具有沿水平 層”相互堆積的傾向，從而 產(chǎn)生不利

4、于間隙液體移動的現(xiàn)象。3.3密實晶體由板狀晶體轉(zhuǎn)化而來，當板狀晶體厚度增長到幾十微米時，即形成密實晶體， 它的形成條件與板狀晶體相似。3.4多晶體核晶體是有 毛刺”的密實晶體的聚合體，這種晶體具有良好的過濾性。大量觀測表 明，開陽磷礦區(qū)磷石膏晶體外表形態(tài)多屬于單分散的平行四邊形、 菱形、五邊形 及六邊形結(jié)晶類型晶柱，晶體互相交錯堆積，形成的膜孔大都為不等邊長方形。4磷石膏的粒級分布磷石膏粒度及其分布是其用作充填料所要分析的重要因素之一，因此有必要進行相應的研究。在SEM照片的基礎(chǔ)上，項目對400個磷石膏晶體顆粒長度分 布進行了統(tǒng)計，圖1是根據(jù)統(tǒng)計學中直方圖的原理所繪制的顆粒長度分布趨勢 圖。圖

5、1磷石膏晶體粒度分布圖從圖中可以看出，磷石膏晶體的長度尺寸主要分布在 0.00250.0575mm之 間。表2給出了磷石膏全粒級分布。從表中可以看出，尺寸小于 0.03mm的磷石 膏晶體占了很大優(yōu)勢，比例高達 82.5%。表2磷石膏粒級分布圖（%）尺寸范圍（mm）0.06所占百分比（%）27 32 23.57.8 5.6 31.15磷石膏的水化特性研究X射線物相分析表明，磷石膏的主要水化產(chǎn)物有鈣磯石，水化硅酸鈣，水化早期有氫氧化鈣。磷石膏水化物硬化體強度發(fā)展主要是依靠鈣磯石與水化硅酸鈣 凝膠，隨著水化的進行，鈣磯石與水化硅酸鈣凝膠不斷增加， 硬化體強度不斷提 高，當水化趨于停止、鈣磯石與水化硅

6、酸鈣不再生成時，硬化體強度趨于穩(wěn)定。 鈣磯石晶體在硬化體中起骨架作用， 水化硅酸鈣凝膠則分布在空隙中，對降低孔 隙率，提高硬化體強度起重要作用，二水磷石膏作為微集料填充在硬化體中。6磷石膏的其它雜質(zhì)及對其性能的影響磷石膏中雜質(zhì)有可溶性和不可溶性雜質(zhì)兩類。 前者是在過濾洗滌時未能除去 而夾雜的雜質(zhì)；后者是磷礦中雜質(zhì)轉(zhuǎn)化而形成的結(jié)晶體及磷礦中未分解的不溶性 雜質(zhì)?？扇苄噪s質(zhì)包括三種，一是游離磷酸和硫酸；二是磷酸一鈣、氟硅酸鹽、F-等；三是鈉、鉀鹽。（1）游離磷酸和硫酸游離磷酸和硫酸是在濕法磷酸生產(chǎn)中過濾殘留的酸， 游離酸磷熟石膏具有較 大的腐蝕性，在地表造成環(huán)境污染，在地下則會造成地下水污染。同時

7、，游離酸 還會延長石膏的凝固時間，使石膏強度下降。（2）磷酸一鈣、氟硅酸鹽、F-等可溶性磷（包括游離磷酸、磷酸一鈣等）含量取決于磷石膏的洗滌過濾工藝, 一般含量（質(zhì)量分數(shù)）為 0.4%0.8%?？扇苄粤妆欢蛩徕}晶體吸附，分布 在其表面，水化時可與溶液中的 Ca2+反應生成難溶的磷酸三鈣附著在磷石膏表 面，從而阻止石膏進一步溶出和水化，使得磷石膏凝結(jié)時間延長、結(jié)構(gòu)疏松、強 度降低。（3）鈉、鉀鹽鈉、鉀鹽會使干燥后的石膏制品出現(xiàn) 晶花”并出現(xiàn)粉化，降低其強度。不溶性雜質(zhì)有兩種，一是在磷礦里就存在、且不會酸解的硅砂（ SiO2 ）及 未分解的礦物和有機質(zhì)；二是磷礦酸解時與硫酸鈣共同結(jié)晶的磷酸二鈣

8、、不溶性 磷酸鹽和氟化合物。硅砂與未反應的磷礦細粒對熟石膏質(zhì)量影響較小，但對其處理設(shè)備有磨損。 磷石膏中有機物主要來源于磷礦石中的有機物和磷酸生產(chǎn)中所加入的有機添加 劑。主要是乙二醇甲醚乙酸酯、異硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷、2-乙基-1、3-二氧戊烷等，主要分布在磷石膏表面，可使石膏制品發(fā)黑、減慢凝固速度、降低制 品強度。共結(jié)晶磷酸鹽、不溶性磷酸鹽和氟化合物共結(jié)晶磷酸鹽（簡稱共晶磷，主要 為磷酸二鈣）是由于HPO2-4部分取代SO2-4進入CaSO4晶格而形成的，其含 量受磷酸生產(chǎn)中萃取工藝條件的影響，一般含量（質(zhì)量分數(shù)）為 0.2%0.8%。 水化過程中，共結(jié)晶磷酸二鈣從晶格中溶出，同樣與溶液中的Ca2+反應生成難溶的磷酸三鈣，致使磷石膏晶格粗化、凝固速率減慢、強度降低。其他不溶性磷 酸鹽主要是磷酸三鈣以及少量的磷酸鹽絡(luò)合物（鐵、鈉、鉀、鋁、鍶、鎂等金屬 的絡(luò)合物），其含量（質(zhì)量分數(shù)）約 0.6%1.4%，主要存在于磷石膏的粗顆粒 中，但對磷石膏的性能影響很小。 不溶性氟化合物主要是 CaF2、AIF3、Na3AIF6 等，其會減慢凝固速率，使磷石膏抗彎強度下降。磷石膏中放射性物質(zhì)的含量是需重視的問題。由于磷石膏主要用途是在建筑行業(yè)，鐳-226、釷-232、鉀-40等放射