杂质预处理方式对复相磷石膏水化特性的影响

孙清臣 杨 敏 杨成军

（1贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州 贵阳 550009；2贵州大学，贵州 贵阳550006）

磷石膏排放量大，利用率低，对环境造成很大危害，提高其应用率迫在眉睫。目前磷石膏大量应用在建筑行业，主要是煅烧制成半水石膏，但此类产品的强度和耐水性都不好，故在建材使用上受到一定的限制[1，2]。

本文根据溶解析晶理论，拟将煅烧磷石膏制备半水-无水复相石膏，利用半水石膏快速水化提供硬化体早期强度，同时激发无水石膏水化；无水石膏在一定程度上能够延缓半水石膏的水化速率并提供后期强度[3]。

复相石膏水化时，磷石膏中杂质会对复相石膏胶凝材料的水化硬化产生不利影响，故必须对磷石膏进行预处理才能制备出稳定性良好的石膏。本文选用水洗、浮选和石灰中和三种预处理方式去除磷石膏中的杂质，分析测试三种方式分别对复相石膏水化性能的影响[4，5，6，7]。

1 试验原料与方法

1.1 原材料

磷石膏：取自贵州瓮福磷化工厂，主要成分见表1。

1.2 方法

1.2.1 磷石膏的三种预处理方法

1）水洗

将自来水加入磷石膏中，搅拌10min，静置， 弃掉上层水液，洗涤多次至洗涤液呈中性，40±2℃鼓风干燥至游离水分≤0.5%。

2）浮选

将自来水加入磷石膏中，搅拌10min，静置，刮掉表面深色的油状悬浮物。重复进行，直到搅拌不出油状悬浮物，40±2℃鼓风干燥至游离水分≤0.5%。

表1 磷石膏化学组成（w/%）

3）石灰中和

将少量水加入磷石膏中，制备成料浆，然后加入一定量的石灰至料浆成中性，焖料24h，40±2℃鼓风干燥至游离水分≤0.5%。

1.2.2 复相磷石膏的制备方法

以5℃/min的升温速率升至140℃，保温时间控制在50min左右，然后以20℃/min的升温速率升至450℃，并保温5min，可得到复相磷石膏[8]。

1.2.3 复相磷石膏硬化体制备和强度测试方法：

取一定量制备的复相磷石膏，过80目筛，注模成型。胶凝材料的抗折、抗压强度测试方法参照《建筑石膏》GB/T9776-2008。

2 结果与分析

不同预处理方式处理磷石膏前后杂质的含量如表2，不同预处理后样品煅烧制得的复相磷石膏水化后的性能如表3。

表2 预处理前后杂质的含量/wt/%

表3 不同预处理后样品水化后的性能

图1 不同预处理后复相石膏硬化体的SEM图（水化7d放大3000倍）

从表2和表3中可以看出，经水洗预处理后，磷石膏中的杂质含量最少，仅含有t-P2O5，煅烧得到的复相石膏水化硬化后硬化体强度较高，微观结构（图1a）结晶为细棒状，生长良好。但水洗耗用大量的水，排出的废水会产生二次污染，而且在制备复相石膏过程中干燥时间长，耗能大。

从表1和表2可以看出，经浮选预处理后，有机物基本除去，但是w-P2O5和w-F含量基本不变，经浮选所生成的制品强度最低。从图1(b)中出现大量团聚现象，说明可溶性P、F杂质与Ca2+生成难溶性的Ca3(PO4)2和CaF2，包裹在石膏晶体周围，阻止其生长，致使复相磷石膏结晶形貌差，结构疏松，所以制品强度低。故虽然浮选工艺简单，但是效果一般。

从表1中可以看出，经石灰中和预处理后，磷石膏中w-P2O5和w-F含量明显减少，有机物含量不变。从图1(c)可以看出，制品为棒状晶体，晶体结构致密。从表2中可看出，石灰中和预处理后得到的复相石膏硬化体强度最高。这是因为采用石灰中和，直接将磷石膏中可溶性磷、氟转变成难溶性的Ca3(PO4)2和CaF2，消除了磷石膏中可溶性P、F杂质对二水硫酸钙脱水转变过程的影响；同时一定量石灰的加入，使得复合磷石膏胶凝体系中产生Ca(OH)2晶体，起到结晶核的作用，从而促进体系水化。从经济方面考虑，石灰中和工艺简单，效果好，并且成本较低。

3 结 语

石灰中和处理的磷石膏制备的复相磷石膏水化后晶体结构较好，抗折、抗压强度分别达到4.65MPa、14.9MPa。综上所述，用磷石膏制取复相石膏前采用石灰中和对其进行预处理是最佳选择。

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[2] 江开宏.改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究[J].新世纪水泥导报.2006,(3):25-27.

[3] 杨敏,曹建新,谢燕.半水石膏激发Ⅱ型无水磷石膏的研究[J].武汉理工大学学报.2010,32(18):63-65.。

[4] 马林转等.磷石膏预处理工艺综述[J].磷肥与复肥.2007,22(3):62-63.

[5] 马林转,宁平,杨月红,陈玉保.磷石膏预处理工艺综述[J].磷肥与复肥,2007,22(3):62-63.

[6] 胡旭东,赵志曼.磷石膏的预处理工艺综述[J].建材发展导向,2006(1):48-51.

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[8] 孙清臣,杨敏.磷石膏制备复相磷石膏煅烧工艺研究[J].中国建材科技,2013(2):45-46.