全方位分析磷石膏制備自流平材料的(de)技術特點及解決辦法！

1磷石膏  磷石膏是(shì)磷酸廠、磷肥廠和(hé / huò)洗滌劑廠等排出(chū)的(de)工業廢渣，是(shì)一(yī / yì ／yí)種重要(yào / yāo)的(de)再生資源。我國(guó)磷石膏主要(yào / yāo)分布在(zài)四川、雲南、貴州、湖北等地(dì / de)。2018年我國(guó)磷石膏排放量接近5億多噸，占工業副産石膏的(de)70%以(yǐ)上(shàng)，目前的(de)累計堆放量已超過10億噸。越來(lái)越多的(de)磷石膏排放，不(bù)僅堆放需要(yào / yāo)占用大(dà)量場地(dì / de)，而(ér)且還會由于(yú)長期雨水浸泡，其中的(de)可溶性P2O5和(hé / huò)氟化物等有害物質通過水體向環境傳遞，引起土壤、水系、大(dà)氣的(de)污染。因此，中國(guó)磷肥工業協會将磷石膏做的(de)綜合利用正式列爲(wéi / wèi)該行業“綠色産業化”發展規劃中的(de)一(yī / yì ／yí)項重要(yào / yāo)工作。    自流平材料是(shì)以(yǐ)無機膠凝或者有機材料爲(wéi / wèi)基材，與超塑化劑等外加劑及骨料等混和(hé / huò)而(ér)成的(de)建築地(dì / de)面找平材料。自流平材料要(yào / yāo)求具有良好的(de)流動性及穩定性、施工快捷、光潔平整、快速凝固幹燥、與基底粘合牢固，并且具有收縮率低、抗壓強度高及耐磨損性能優異的(de)特點。1.1 磷石膏的(de)外觀   磷石膏通常爲(wéi / wèi)細粉狀，顆粒直徑5~150ｕm，外觀呈灰白、灰、灰黃、淺黃、淺綠等多種顔色。相對密度爲(wéi / wèi)2.22~2.37，容重爲(wéi / wèi)0.733~0.880g/cm3。每生産1噸磷酸約排放出(chū)4~4.5噸磷石膏。1.2 磷石膏的(de)化學成分磷石膏的(de)主要(yào / yāo)成分是(shì)二水石膏（CaSO4·2H2O）,其含量約64%~69%，除此之(zhī)外還含有磷酸約2%~5%，氟約1.5%，以(yǐ)及遊離水和(hé / huò)不(bù)溶性殘渣等，是(shì)帶酸性的(de)粉狀物料。                表1  磷石膏的(de)化學成分（%）SO3CaOP2O5其中水溶性P2O5F-其中水溶性F-Fe2O340~43.730~320.33~3.230.1~1.760.22~0.870.11~0.760.12~0.43Al2O3SiO2MgO有機質結晶水酸不(bù)溶物PH值0.028~0.460.166~5.60.1~1.230.12~0.1619.9~20.050.0013~0.811.5~4此外，磷石膏中還含砷、銅、鋅、鐵、錳、鉛、镉、汞及放射性元素，均極其微量，且大(dà)多數爲(wéi / wèi)不(bù)溶性固體，其危害性可忽略不(bù)計。磷石膏中所含氟化物、遊離磷酸、P2O5、磷酸鹽等雜質是(shì)導緻磷石膏在(zài)堆存過程中造成環境污染的(de)主要(yào / yāo)因素。不(bù)同生産企業、不(bù)同批次的(de)磷石膏的(de)化學組成都略有不(bù)同，這(zhè)主要(yào / yāo)與磷酸生産工藝條件的(de)控制及磷礦石的(de)品種有關。1.3 磷石膏的(de)晶體結構    磷石膏是(shì)多組分的(de)複雜結晶體，其晶體形式主要(yào / yāo)有：針狀晶體、闆狀晶體、密實晶體、多晶核晶體等四種，其膠結體的(de)性能與天然石膏相比有較大(dà)差異。2磷石膏配制自流平材料的(de)技術特點   用磷石膏替代天然石膏生産自流平材料，可以(yǐ)充分利用工業副産物中寶貴的(de)硫酸鈣資源，不(bù)會對環境造成二次污染，并且能減少礦山開采帶來(lái)的(de)生态破壞，還可以(yǐ)形成化學石膏的(de)新産業和(hé / huò)新市場。2.1 補償自流平砂漿的(de)收縮性    要(yào / yāo)補償自流平砂漿的(de)後期收縮就(jiù)必須生成一(yī / yì ／yí)定的(de)結晶鈣礬石C3A·3CaSO4·32H20，從鈣礬石的(de)分子(zǐ)式可以(yǐ)看出(chū)，1mol的(de)鈣礬石需結合3mol的(de)CaSO4，所以(yǐ)CaSO4是(shì)不(bù)可缺少的(de)組分，并且可以(yǐ)由煅燒磷石膏提供。 磷石膏的(de)主要(yào / yāo)成分是(shì)二水石膏（CaSO4·2H20），其自然含水率在(zài)25%～35%，如果選擇适宜的(de)煅燒溫度，可使硬石膏含量達95%以(yǐ)上(shàng)。2.2 改善自流平砂漿的(de)強度由磷石膏制備的(de)半水石膏水化産物，晶型多爲(wéi / wèi)柱狀或闆狀，自形程度很高，膠凝狀物質較少，柱狀或闆狀晶體交織在(zài)一(yī / yì ／yí)起，無定向排列，形成較爲(wéi / wèi)緻密的(de)水化産物硬化體，對硬化體的(de)強度發揮十分有效，能産生很高的(de)早期強度和(hé / huò)持續穩定的(de)後期強度。2.3 改善自流平砂漿的(de)施工性   磷石膏中存在(zài)多種微量化學物質，通過一(yī / yì ／yí)些功能外加劑的(de)改性處理，使由磷石膏配制的(de)自流平材料的(de)施工性能優于(yú)相同工藝配方的(de)普通石膏自流平，并使流動性也(yě)得到(dào)一(yī / yì ／yí)定提高。經過處理後的(de)磷石膏在(zài)反應過程中内應力較低，且産生一(yī / yì ／yí)定的(de)體積膨脹，所以(yǐ)能在(zài)施工後減少空鼓、裂紋等常見問題。2.4 利用磷石膏的(de)環保特性   充分利用工業廢渣可再生資源，改變傳統原料系統，使資源和(hé / huò)能源消耗最小。利用炒鍋或回轉窯煅燒磷石膏，不(bù)産生CO2、SO2等有害氣體，不(bù)會對環境造成二次污染。2.5 經濟合理性    目前市場上(shàng)存在(zài)的(de)建築石膏，價格昂貴，每噸大(dà)概300元左右，較高的(de)成本導緻優良石膏産品爲(wéi / wèi)多數用戶進一(yī / yì ／yí)步的(de)接受受到(dào)了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)定的(de)限制。而(ér)磷石膏本身屬于(yú)工業廢料，價格低廉，處理後的(de)磷石膏價格也(yě)隻相當于(yú)天然石膏價格的(de)一(yī / yì ／yí)半左右，這(zhè)将使磷石膏制品的(de)成本大(dà)大(dà)降低。   此外，由于(yú)利用磷石膏生産自流平材料屬于(yú)“三廢”利用項目，因而(ér)此項目産品可以(yǐ)申請減免部分稅收，這(zhè)必将大(dà)大(dà)增加該産品的(de)市場競争力。3磷石膏配制自流平材料的(de)技術難點3.1 磷石膏的(de)外貌特征    磷石膏的(de)微觀結構與天然石膏存在(zài)顯著差異，磷石膏中二水石膏以(yǐ)六面闆狀爲(wéi / wèi)主，較天然二水石膏晶體規整、均勻，其尺度是(shì)天然石膏的(de)3～5倍。顆粒分布呈正态分布，粒徑主要(yào / yāo)集中在(zài)50～200ｕm，不(bù)利于(yú)料漿的(de)流動性和(hé / huò)觸變性，需要(yào / yāo)在(zài)工藝中進行特殊處理以(yǐ)改善晶體結構。3.2 磷石膏有一(yī / yì ／yí)定含水量磷石膏中二水石膏含量大(dà)于(yú)90%，含水率高(20%～25%)，粘性強，在(zài)裝載、提升、泵送過程中極易粘附在(zài)各種設備上(shàng)，造成積料堵塞。如果能對磷石膏改性加工、造粒處理，适應砂漿生産工藝的(de)要(yào / yāo)求，則在(zài)砂漿行業中有廣闊的(de)應用前景。 磷石膏含有一(yī / yì ／yí)定有害雜質。與天然石膏相比，磷石膏的(de)主要(yào / yāo)差異在(zài)于(yú)含微量的(de)磷、氟、有機物、二氧化矽等有害雜質，且爲(wéi / wèi)粉狀。如果不(bù)作預處理，直接煅燒成建築石膏，其标準稠度需水量達85%，凝結時(shí)間較長，硬化體孔隙率高，結構疏松，強度低，達不(bù)到(dào)建築石膏合格品的(de)要(yào / yāo)求。此外，磷石膏還含有堿金屬鹽，其危害是(shì)當磷石膏産品受潮時(shí)，堿金屬離子(zǐ)沿着硬化體孔隙遷移至表面，水分蒸發後會在(zài)表面析晶，産生粉化、泛霜。因此要(yào / yāo)通過篩分、水洗、中和(hé / huò)、浮選等預處理措施消除有害雜質對料漿性能的(de)不(bù)良影響，以(yǐ)獲得性能穩定且雜質含量符合建材行業要(yào / yāo)求的(de)二水石膏後，才能對其進行煅燒制備半水石膏。4解決上(shàng)述問題的(de)技術途徑4.1 制備 α～半水石膏     磷石膏加水攪拌成懸浮液，送浮選機并濃縮，除去有機質及可溶性雜質。如果磷石膏相當純淨則可用過濾代替浮選。磷石膏與水混合後，經加熱送入反應釜中，在(zài)一(yī / yì ／yí)定條件下重結晶，使CaSO4·2H20轉變爲(wéi / wèi)α—半水石膏。如前西德Giulini公司、英國(guó)ICI公司、我國(guó)東南大(dà)學等。 4.2 制備 β一(yī / yì ／yí)半水石膏磷石膏加水調成料漿，經洗滌、脫水除去磷石中的(de)可溶性雜質及粗大(dà)顆粒，如懸浮液呈酸性，加适量的(de)石灰粉或石灰乳中和(hé / huò)磷石膏中的(de)P2O5。再生幹燥、煅燒、粉磨得到(dào)β半水石膏粉。如日本磷酉株式會社、法國(guó)Rhone--Poulenc公司、德國(guó)Knauf公司等。南京大(dà)廠鎮建材廠用南京化學公司磷肥廠磷石膏生産的(de)β半水石膏，産品質量已超過二級建築石膏的(de)标準。4.3 雜質處理由于(yú)磷石膏的(de)成分随着磷酸廠所采用的(de)原料性能和(hé / huò)生長工藝不(bù)同而(ér)有較大(dà)的(de)差異。因此各種來(lái)源的(de)磷石膏在(zài)應用性能上(shàng)存在(zài)差異。不(bù)過磷石膏各種雜質成分對其應用性能的(de)影響作用機理是(shì)相同的(de)，隻是(shì)因含量不(bù)同影響程度也(yě)不(bù)同。隻要(yào / yāo)充分了(le／liǎo)解各種雜質對磷石膏及其應用性能的(de)影響機理，就(jiù)能正确選擇磷石膏的(de)雜質處理方式，從而(ér)對雜質加以(yǐ)合理利用。4.4 外加劑的(de)改善磷石膏作爲(wéi / wèi)自流平砂漿的(de)主要(yào / yāo)膠凝材料雖然具有很多優點，但如果直接使用也(yě)會在(zài)一(yī / yì ／yí)些方面不(bù)滿足使用要(yào / yāo)求。例如凝結硬化快不(bù)能滿足施工操作要(yào / yāo)求；需水量太大(dà)使強度降低不(bù)能滿足結構強度要(yào / yāo)求；晶體結構不(bù)利于(yú)硬化體強度的(de)發揮；幹燥太快而(ér)需要(yào / yāo)提高保水性等；此外，還對其保水性能、凝結時(shí)間、粘結性能等其它性能有着較高要(yào / yāo)求。因此，在(zài)用磷石膏配制自流平砂漿的(de)過程中，需要(yào / yāo)相應地(dì / de)使用一(yī / yì ／yí)些外加劑改善該材料的(de)性能。隻有保證了(le／liǎo)以(yǐ)上(shàng)各項性能，磷石膏自流平的(de)性能所表現的(de)優良的(de)材料性能和(hé / huò)施工性能才能爲(wéi / wèi)建築施工人(rén)員接受。而(ér)不(bù)同産地(dì / de)的(de)磷礦石會因爲(wéi / wèi)礦石成分的(de)差異而(ér)對後續産生的(de)磷石膏的(de)成份、顔色、磷殘餘量等産生較大(dà)影響。所以(yǐ)我們在(zài)配制過程中，要(yào / yāo)針對磷石膏的(de)不(bù)同來(lái)源、不(bù)同物理性能而(ér)使用相應的(de)緩凝劑、塑化劑、增強劑和(hé / huò)改性劑，使磷石膏自流平的(de)性能指标能得到(dào)很好的(de)改善。   磷石膏在(zài)自流平材料中的(de)利用可變廢爲(wéi / wèi)寶，是(shì)一(yī / yì ／yí)條使資源得到(dào)綜合利用的(de)有效途徑，既可充分利用硫資源，又可消除磷石膏對環境的(de)污染，在(zài)技術上(shàng)也(yě)不(bù)存在(zài)難以(yǐ)解決的(de)問題，具有良好的(de)經濟效益和(hé / huò)開發前景。