磷石膏去杂质方法的研究现状

(1.安徽理工大学材料科学与工程学院 安徽 淮南 232001)(2.盐城工学院材料工程学院 江苏 盐城 224051)

引言

磷石膏是一种有待于开发利用的固体废物，不同于普通的石膏，磷石膏中含有较多的杂质如磷酸盐、氟化物和有机物质。虽然这些杂质的含量不多，但是对其的应用造成了巨大的阻碍。据相关调查研究，中国每年的磷石膏产量高达5000万吨，能被合理利用起来的磷石膏的量却不容乐观。本文将对磷石膏去除杂质方法的研究现状做一个总结并对未来磷石膏的发展给出自己的想法。

一、磷石膏的主要来源

磷石膏被大量产出的地方主要有两个：

(一)湿法磷酸产业

现在应用的比较多的制磷酸的方法是湿法制磷酸，主要方法是用无机酸去分解磷矿石，比较典型的是用硫酸去处理磷矿石，反应方程式如下：

(二)磷肥产业

在生产化肥产业中也会伴随着大量的磷石膏副产品的产出。

二、磷石膏中的杂质

对磷石膏中的杂质进行充分彻底的研究是处理应用磷石膏的第一步。磷石膏中杂质可以根据杂质性质大致分为四类：磷酸盐、氟化物、有机物质和其他杂质。磷酸盐杂质主要包括Ca(H2PO4)2、CaHPO4和Ca3(PO4)2，氟化物主要包括NaF、Na2SiF6、Na3FeF6和CaF2，有机杂质包括乙二醇甲醚乙酸酯等，其他杂质一般是一些重金属或者带有放射性的物质。磷石膏同样也可以根据其物理性质分为可溶性杂质、难溶性杂质和共晶杂质。

结合相关的研究和已经做的实验，我们发现真正对磷石膏影响较大的是那些在水中拥有较高溶解度的杂质。在水泥产业中用磷石膏代替天然石膏当做缓凝剂使用，这些在水中溶解度较高的磷石膏杂质析出的磷酸盐会与水化反应中产生的钙离子反应，产生一层磷酸钙沉淀膜，在阻止水泥水化进行的同时，也会对水泥内部的结构造成破坏，最终影响水泥强度的发展。对于将磷石膏应用于水泥，还有一类较大的威胁就是那些存在着碱性不稳定的杂质，这类杂质在水中的溶解度并不高，但是在水泥水化这类碱性条件下，它的键会变得非常脆弱，仍然会在水泥水化的时候析出磷酸盐或者氟化物影响水泥的凝结和强度。那些在水中溶解度不高的杂质，化学性质较为稳定，不容易与外界物质发生反应，对外界的影响没有高溶解度的杂质那么大，所以开发出来的很多的处理方法有很多都是针对其中的高溶解度的杂质。

三、磷石膏中杂质的去除方法

根据处理方式将杂质的去除方法分为三类，分别是物理法、化学法和热处理法。

(一)物理法

处理磷石膏杂质的物理法一般包括水洗法、浮选法、筛分法和球磨法等。现在运用较多的较为成熟的是水洗法。水洗法就是根据磷石膏杂质的物理特性而设计出来的，将威胁最大的可溶性杂质当成主要去除对象，通过水多遍分程序的冲洗，可以将磷石膏中的可溶性杂质去除干净，这种方法较为简单除去较为简单，去除效果也较为理想，但这种方法需要大量的水资源并且那些冲洗后带着可溶性磷酸盐，氟化物的废液的处理又将成为一个难题。而且水洗法针对的是可溶性杂质，那些共晶杂质存在于晶格之间，不会轻易地被水冲走，如果将水洗后的磷石膏运用于水泥产业，这些残留共晶杂质仍然会对水泥水化造成一定的影响。Manjit Singh[1]设计出了一种水力旋流器来处理磷石膏，其实质就是用300微米的IS筛对磷石膏进行湿筛分，然后通过控制压力系统将处理后的磷石膏取出。经过水力旋流器湿筛分后的磷石膏制成的石膏板的强度提升了110%左右，去除杂质效果比较理想，而且比较适合商业化处理。

(二)化学法

化学法主要是加入化学物质，跟磷石膏里面的杂质发生化学反应达到去除杂质的目的。主要目的是将磷石膏里面的杂质变成可溶性杂质排除掉或者是将里面的活性杂质变成惰性沉淀。现在研究已经很成熟的有用石灰水、氨水等碱性溶液来处理。这些处理方法比上面的物理法有着更加好的去除效果，处理的杂质也比较全面。Manjit Singh[2]用氨水处理磷石膏用作水泥产业，未处理的磷石膏初凝时间为290min，经过氨水的处理的磷石膏凝结时间缩短到151min，去除杂质的效果比较显著。Manjit Singh[3]后来又开发了用柠檬酸处理，有人做过几种化学试剂处理同种磷石膏，最后比对处理后的磷含量，发现柠檬酸的处理效果最理想。柠檬酸有种独特的优势，其中的酸根不仅仅与那些可溶性杂质、难溶杂质反应，它能和那些在晶格中残留的杂质反应，他处理的对象比较全面，所以处理的结果也是几种化学试剂中比较理想的。

(三)热处理法

热处理的方法就是用加热的方法来处理磷石膏，运用的比较多的方法是煅烧法和闪烧法。热处理法主要针对晶格中的杂质和有机杂质所开发出来的方法。当加热到一定温度的时候，晶格里面的共晶杂质将会被分解出来，有机杂质随温度的升高也会被分解。Manjit Singh用煅烧和石灰水来处理磷石膏，在150℃温度环境下煅烧30min，然后在用石灰水冲洗，能将水溶性杂质和晶格中的杂质全部去除,去除效果较为理想。但是煅烧带来的成本比较高，会消耗较多能量。

总结

磷石膏是一种具有巨大应用前景的废料，现在技术和研究的不足导致其消耗有限导致大量堆积，但如果能将其大量应用起来，将会带来巨大的环境效益和经济效益。现在的主要思路还是将其用于水泥产业，代替部分现在已经日益匮乏的建筑材料。磷石膏拥有很好地隔音性能，对于热传导也有很好地阻隔效果，将其运用于墙体材料将会是一个很好地选择。现在需要突破的是如何低成本高效地去处理掉里面的杂质，Manjit Singh等研究给了我们很多启发，单一的运用一种处理方法有时候并不能得到想要的效果，可以适当的运用两种或者三种方法来处理，可能会得到意想不到的效果。