磷石膏的溶解度研究*

杨　敏

(贵州大学化学与化工学院，贵州　贵阳　550025)



磷石膏的溶解度研究*

杨敏

(贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳550025)

对磷石膏在水溶液和饱和石灰溶液中，于10 ℃，室温和40 ℃条件下的溶解度变化进行了研究。通过与天然石膏在同种条件下溶解性的对比，结果表明：水溶液中，早期的磷石膏溶解度比天然石膏大，但最终的饱和溶解度小于天然石膏；随着介质温度的升高，磷石膏和天然石膏溶解速率增加，饱和溶解度下降，磷石膏的溶解度小于天然石膏。在饱和石灰溶液中，无论溶解初期和后期，磷石膏溶解度皆小于天然石膏；随着温度升高，磷石膏饱和溶解度明显降低。

溶解度；磷石膏；天然石膏；饱和石灰溶液；水溶液

各种相的石膏在应用时，无论作为胶凝组分还是其它组分，在应用体系水化时都必须首先溶解于水中，才能参与反应，溶解度和溶解速率是不同相石膏性能存在较大差异的主要原因之一[1-2]。石膏用作水泥缓凝剂时，不同种类的石膏对水泥性能的影响主要是由溶解速率和溶解度引起的。如果石膏溶解很慢，则其产生的硫酸根离子不足以引起铝酸三钙的缓凝，则其缓凝效应降低；在不同品种的水泥中通常都要加入适量石膏以满足不同要求，水泥中的石膏虽然最终大部分都是与水泥组分中的铝酸盐形成钙矾石，但不同石膏的应用效果是不同的，其原因是多方面的，其中影响到水泥性能方面的最主要因素可能是由于各种石膏在水中及石灰溶液中的溶解速度不同，可见溶解性是石膏的一个非常重要的性质[3-6]。本文针对不同温度的纯水和饱和石灰溶液中磷石膏和天然石膏溶解度进行对比测试，以研究磷石膏中杂质对其溶解度的影响。

1　实　验

1.1原料

磷石膏来源于贵州某磷酸生产厂家，主要成分见表1。

天然石膏：重庆某石膏矿，主要成分见表2。

表1　磷石膏主要化学成分含量Table 1　Chemical composition of PG　(%)

表2　天然石膏化学组成Table 2　Chemical composition of NG　(%)

1.2溶解度的测试

将一定量的磷石膏和天然石膏分别置于100 mL分别装有不同温度纯水和饱和石灰溶液的烧瓶内，充分溶解，将烧瓶置于与溶剂相同温度的介质水溶液中保温，测试不同溶解时间的不同溶液中硫酸钙的含量。

2　结果与讨论

2.1室温下磷石膏和天然石膏在纯水和饱和石灰溶液中的溶解度

室温下，磷石膏(PG)和天然石膏(NG)在纯水和饱和石灰溶液中的溶解度测试结果分别见图1和图2。

图1　PG和NG在纯水中的溶解度Fig.1　Solubility of PG and NG in pure water

图2　PG和NG在饱和石灰溶液中的溶解度Fig.2　Solubility in saturated lime solution

从图1可见，室温下在纯水中，溶解初期， 磷石膏溶解度大于天然石膏，但溶解率的增长速率较慢。到了一定时间，磷石膏和天然石膏溶解率达到相同，磷石膏溶解率的增长大于天然石膏溶解率，随着时间增长，磷石膏溶解率的增长率趋于平缓，而天然石膏则继续增长。磷石膏的饱和溶解度小于天然石膏。

从图2可知，在石灰溶液中，无论溶解初期还是后期，磷石膏的溶解度和溶解增长率都小于天然石膏，饱和溶解度也小于天然石膏。

在纯水溶液中，溶解初期磷石膏中含有的可溶性杂质，如可溶性磷和氟溶解于溶液中，可溶磷的溶解使磷石膏水溶液显示酸性，对主晶相硫酸钙起着一定腐蚀效应，因此磷石膏溶液中硫酸钙的溶解度较大；同时，可溶性杂质的溶解又使得溶液中离子浓度更容易达到溶解饱和状态，因此硫酸钙的最终浓度小于天然石膏；在石灰溶液中，由于大量氢氧根和钙离子的存在，磷石膏中可溶性磷和氟化物与氢氧化钙反应生成不溶物，不溶物的生成延缓了磷石膏的溶解，且由于石灰溶液中大量钙离子的存在，使硫酸钙溶解的钙离子浓度更容易达到饱和状态，其溶解度降低。

2.2不同温度下PG和NG在纯水和饱和石灰溶液中的溶解度

磷石膏和天然石膏在10 ℃和40 ℃时，于纯水中和饱和石灰溶液中的溶解度测试结果分别如图3和图4所示。

图3　不同温度下PG 和NG在水溶液中的溶解度Fig.3　Solubility of PG and NG in pure water at different temperatures

图4　不同温度下PG 和NG在饱和石灰溶液中的溶解度Fig.4　Solubility of PG and NG in saturated lime solution at different temperatures

从图3可见，随着温度的增长，两种石膏在纯水溶液中溶解速率增加，达到饱和溶解度的时间缩短，但天然石膏饱和溶解度和磷石膏的饱和溶解度都随着温度升高而下降。磷石膏的饱和溶解度小于天然石膏饱和溶解度，随着温度增加，这一差异更明显。

图4的测试结果可见在饱和石灰溶液中，天然石膏和磷石膏饱和溶解度和纯水中变化规律相同，即达到饱和溶解度时间缩短，饱和溶解度则随温度增加而降低。饱和石灰溶液中，磷石膏溶解度随温度升高而降低非常明显。

随着温度的升高，硫酸钙溶解加速，因此其达到饱和溶解度的时间缩短。由于硫酸钙是一种随温度升高溶解度降低的化合物[4]，因此温度升高，磷石膏和天然石膏的饱和溶解度都随之降低。另一方面，在纯水溶液中，随着温度升高，磷石膏中杂质溶解加速，对硫酸钙饱和溶解度的影响增大，导致磷石膏溶解度下降更明显；在饱和石灰溶液中，随着温度升高，磷石膏中杂质与饱和石灰溶液中的氢氧化钙反应生成不溶物的反应增强，导致磷石膏溶解速率和饱和溶解度下降明显。

3　结　论

与天然石膏相比，由于杂质的存在，磷石膏的溶解性受到一定影响。在纯水溶液中，溶解初期磷石膏的溶解速率和溶解度大于天然石膏，饱和溶解度小于天然石膏。

在饱和石灰溶液中，由于磷石膏中可溶性杂质与石灰溶液中钙离子可能存在的反应，杂质对磷石膏溶解度的影响程度增大，磷石膏的饱和溶解度明显下降。

[1]Helen E Farrah, Geoffrey A Lawrance, Erica J Wanless. Solubility of calcium sulfate salts in acidic manganese sulfate solutions from 30 to 105 ℃[J]. Hydrometallurgy, 2007, 86:13-21.

[2]Yang Min, Qian Jueshi. Hydration of Activated Anhydrate Phosphogypsum[J]. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science,2013,28(3):535-538.

[3]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):45-47.

[4]陈燕.石膏建筑材料[M].北京:中国建材工业出版社,2012:30-50.

[5]杨成军,杨敏，曹建新.半水/无水磷石膏复相胶凝材料水化硬化特性研究[J].非金属矿,2014(06):22-25.

[6]吴雨龙.磷石膏资源化利用的研究进展[J]. 广州化工,2012,40(12):44-47.

Study on Solubility of Phosphogypsum*

YANGMin

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China)

The solubility of phosphogypsum(PG) in water and saturated lime solution was determined in experiments carried out at different temperatures at 10 ℃, normal temperature and 40 ℃. The solubility of natural gypsum(NG) was also studied at an attempt to find out differences in solubility between PG and NG due to the effect of impurities. The results showed that in pure water media, PG dissolved more rapidly than NG at early time. The saturated solubility of PG was less than that of NG. With the increasing the temperature of water, the dissolution rates of PG and NG decreased. The saturated solubility of PG was less than that of NG. In saturated lime solution, compared with NG, the solubility of PG was distinctly influenced due to the existence of impurities. With the improvement of temperature, the saturated solubility of PG decreased greatly.

solubility; phosphogypsum; natural gypsum; saturated lime solution; water solution

贵州省科技厅科学技术基金项目(黔科合J字[2015]2051号)。

杨敏(1978-)，女，副教授，主要从事固体废弃物特性及应用研究。

TQ177.3

A

1001-9677(2016)015-0062-03