以盐石膏制备优质石膏粉的可行性试验

邓 强，刘贤琪，李春林,刘 勇

(江西晶昊盐化有限公司，江西 宜春 331200)

1 国内石膏供需情况

我国盐产品的来源主要包括岩盐、海盐和湖盐，其中岩盐矿产资源尤为丰富。我国岩盐矿主要分石膏型(CaSO4—NaCl型)和芒硝型(Na2SO4—NaCl型)。

常见石膏一般分为：天然石膏、脱硫石膏、磷石膏、盐石膏等，各石膏成分组成有差异，见表1。

表1 石膏成分对照表(单位：%)

我国石膏矿山分布在全国20个省、自治区。年产量10万t以上的大中型石膏矿山有30多个，年产量占全国的40%左右，其余60%来自中小型石膏矿山。我国石膏资源丰富，但分布极不均衡，品质差异特别大。目前我国石膏资源整体特点是：东部地区探明储量几乎没有增加，而且大部分矿山已进入开采中晚期，储量、产量和品位都在逐年下降，后备资源严重不足；西部资源相对丰富，地质条件简单，远景储量大，但开发利用的条件差，市场容量小；高品位石膏所占比例甚少，仅占总开采量的1%～2%，且多集中在西部，优质石膏的供应已成为制约东部发达地区石膏加工业生死存亡的大问题。

我国各省、区、市的石膏储量存在很大差别，生产与需求也存在很大差异。山东、山西、湖南、湖北、甘肃、宁夏、青海、内蒙和四川等省区石膏生产自给有余；江苏、云南、贵州、陕西、西藏和新疆等省区石膏生产基本能够自给；广东、广西、辽宁、安徽、河南、吉林和河北等省区石膏生产自给不足，需部分从外省运进；黑龙江、浙江、福建、江西和海南等省区消费的石膏需全部从外省运入；北京、上海、天津三个直辖市既没有石膏矿山资源，也没有石膏生产，消费的石膏需从周边的省区运入。

石膏是一种应用历史悠久的材料。它与石灰、水泥并列为无机胶凝材料的三大支柱。石膏的用途十分广泛，主要应用在建筑材料(水泥缓凝剂、水泥矿化剂、水泥膨胀剂、粉刷材料、混凝土胶结材料、高强石膏材料、晶须)、化工环保方面(硫酸-水泥联产、磷矿填充料、环保吸附材料)、农业方面(改良酸、碱性土壤)等领域都有广泛应用。

2 盐石膏

盐石膏是制盐生产过程产生的固废，严重污染陆地和海洋。盐石膏由于含水、盐高，不能直接用于建筑行业，会对钢筋有很大的腐蚀，威胁建筑安全。由于盐石膏既不能直接用于水泥缓凝剂，也不能用于建筑石膏，也不能直接用于土壤改善。故大量盐石膏被盐企业长年累月堆积在厂区或违规排放，其所含的高盐分以及其它一些成分对土壤、河流和地下水造成严重污染，给企业造成沉重的负担。公司现在大量盐石膏基本是用于压井，将原采卤老井重新利用起来。但是随着公司的产能的不断增多和加大，地下废弃卤井也不能完全消化公司生产废渣，故也急需找方法解决。

晶昊公司盐生产过程中产生大量盐石膏副产物，白度、颗粒度对比市场上高品质石膏粉毫不逊色。该石膏粗品砂石、重金属、MgO、Al2O3等杂质含量较少，只有10%～25% NaCl的残留，但NaCl用水洗涤即可去除就能得到纯度较高的二水硫酸钙，再通过工艺将洗涤后高品质的石膏进行转晶，制得a石膏粉。

3 盐石膏成分及洗涤效果

晶昊公司盐矿属于芒硝型盐矿，现江西晶昊盐化有限公司利用纯碱蒸馏液注入不同芒硝型岩盐矿卤井采卤，分别得低硝卤水、硝卤、钙卤，硝卤和钙卤按照体积比1∶0.2至1∶0.6反应得到低硝卤水。高硝卤与钙卤充分混合搅拌反应，静置澄清后，上清液即为低硝卤水经卤水净化后用于纯碱生产。配制低硝卤水过程产生的大量CaSO4，沉淀下来的石膏由于含盐量高故称之为盐石膏。晶昊公司各卤水成分表见表2。

反应方程式：Na2SO4+CaCl2=CaSO4↓+2NaCl

表2 原卤成分表

硝卤和钙卤按照体积比1∶0.2至1∶0.6反应，其中硫酸钠与氯化钙摩尔比为1∶1.01至1∶1.05。这是因为反应是在氯化钠溶液的氛围下进行，钙离子稍过量，此时抑制CaSO4溶解的同离子效应强于氯化钠促进CaSO4溶解的盐效应，CaSO4的溶解度到达最低点，析出来的硫酸钙更多，硫酸根利用率最高。虽然钙离子过量可以促进硫酸钙沉淀，由于体系是在氯化钠溶液中，随着钙离子过量太多，后续卤水净化除钙离子成本将增大。为了保证废钙液的钙离子要稍微过量，但又不能过量太多，所以两者的摩尔比确定为1∶1.01至1∶1.05，对应体积比为比1∶0.2至1∶0.6。

盐石膏是低硝卤水配置过程中慢慢反应沉淀产生的，上清液为低硝卤水，硫酸钙沉积在底部。就以反应桶底部石膏作为研究对象，对其成分、白度、粒径分布、形状进行分析。盐石膏成分见表3，其它分析见表4。200倍显微镜下情况如图1。

图1 盐石膏200倍显微镜照片

表3 盐石膏成分分析

表4 盐石膏原料分析

表中数据显示盐石膏成分简单，粒度分布较均匀，粒径较细，将盐除去之后硫酸钙成分很高，白度也好，在显微镜下观察的形态长径比在3～10∶1。

将反应桶中样品取样，用不同比例水对盐石膏进行洗涤，并对洗涤后产品进行分析：

称取200 g盐石膏置于铺好滤纸的布氏漏斗中，再依次加入不同比例的水分进行淋洗，自然滤干水分，再对石膏进行分析，洗涤效果见表5。

表5 盐石膏洗涤效果

根据洗涤效果来看，盐石膏中随着水量增多洗涤效果越好。洗涤后盐石膏中盐成分占1%，石膏纯度达到95%。洗涤后的盐石膏盐成分很低，用途更广。

4 盐石膏制备a石膏粉分析

将洗涤后的盐石膏与0.003%的MgSO4和一定量的水搅拌配成5 %～10 %的悬浮液将悬浮液送入转晶釜中，通过高温饱和蒸汽对转晶釜进行加热升温，控制反应温度135 ℃，反应压力0.5 MPa，加热反应5 h。 脱水烘干，粉磨40 min后观察其粒径分布和晶体形状，过滤晶体形状为短柱状，图2为显微镜照片，表6为该石膏粉的粒径及分析情况。

图2 石膏粉200倍显微镜照片

表6 盐石膏a粉分析

对该石膏粉进行力学性能测试，测试结果如表7所示。

表7 盐石膏a粉力学性能测试

试验结果表明：采用盐石膏为原料生产的a石膏粉的力学性能达到 JC/T 2038-2010《a型高强石膏》a30 等级。通过盐石膏进行制备a石膏粉的试验，确定了其生产a石膏粉的可行性。而a石膏粉的价格和市场需求都很大。

5 盐石膏的合理利用

盐石膏与矿石石膏相比具有不可比拟的成本优势。盐石膏颗粒小，在原料粉碎环节也具有很大的成本优势。盐石膏是盐场海盐生产的副产品，资源具有再生性。只要盐业生产存在，盐石膏将会源源不断地产出，不存在资源枯竭的问题。

盐石膏生产的石膏粉品质优良。优异的产品质量使盐石膏生产的石膏粉可以进入石膏应用的各个领域，市场前景广阔。盐石膏加工处理后生产的石膏粉，可达到石膏国家一级标准，强度和白度都可以赶上矿石中的透明石膏，二水硫酸钙含量可以达到95% 以上，能够满足医用、食用、饲料、模型等行业对高档石膏的要求。尽管我国石膏储量很大，但高档石膏的储量还不到总储量的10%， 因此形成了我国石膏行业普通石膏相对过剩而高档石膏需要进口的局面。盐石膏的开发利用正好可以弥补这一市场空白。因为盐石膏生产的石膏粉质量优异，可以向其他地理区域扩张，扩大市场份额。同时，还可以进入医药、食用、模型等高端石膏粉领域，获得极高的利润。

6 结 语

通过市场调研、分析、工艺探讨及研究试验等一系列工作，最终利用配卤产生的高品质盐石膏制备a型石膏粉，且制得的a型石膏粉达到JC/T 2038-2010《a型高强石膏》a30等级，为公司研发出新产品并创造利润，减轻公司环保压力，为公司创造经济和社会效益。