磷石膏生产免烧砖关键技术探讨

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1、磷石膏生产免烧砖关键技术探讨昆明理工大学化学工程学院张召述1罗中秋夏举佩摘要：本文分析了磷石膏制砖技术存在的主要问题，阐述了低温陶瓷改性磷石膏生产建筑砖的工艺条件、产品性能，同时对影响产品性能的因素进行分析，为磷石膏建材利用提供新思路。关键词：磷石膏低温陶瓷砖引言:磷石膏是高浓度磷肥生产过程中用硫酸与磷矿石反应生产磷酸所得的以CaSO4.2H2O为主要成份的副产物，通常每生产1吨磷酸（折合100%P2O5）要排出5吨以上磷石膏。据统计，我国每年磷石膏排放量已达5000万吨，利用率不足20%，大量磷石膏堆存已成为磷复肥企业安全、环保重大制约因素。

2、近年来磷石膏虽然在土壤改良、水泥缓凝剂、半水石膏粉、石膏条板、纸面石膏板、建筑砖、热解制硫酸联产水泥以及生产硫铵和碳酸钙方面取得进展[1-5]，但作为磷石膏利用的重要技术方向之一——磷石膏生产建筑砖关键技术尚未取得突破，特别是砖的耐久性一直存在争议，使得磷石膏制砖技术一直徘徊不前。本文结合多年的研究，对磷石膏生产免烧砖的机理和技术进行分析，希望能对磷石膏的建材利用有所启示。1、传统磷石膏制砖技术存在的主要问题分析磷石膏制砖技术一直未取得进展的原因表现在磷石膏砖的物理力学性能和耐久性难以满足工程上的需要。关于磷石膏制砖技术，归纳起来，较有代表性的

3、有以下四种工艺：（1）半水法工艺：是采用低温焙烧工艺把磷石膏转化为半水石膏，再用半水石膏的复水凝固原理生产磷石膏砖、砌块或板材，在制砖过程中可以适当掺加骨料如碎石、炉渣、砂、陶粒、膨胀珍珠岩以改善砖块的尺寸稳性性、强度和密度等性能，也可以适当掺加水泥和聚合物乳液，以改善制品的耐水性。由于最终制品的胶凝结构是以二水硫酸钙为主，故其只能归类于石膏制品，一般只能作为室内的隔断材料如砌块和墙板。半水法工艺通常需要水洗除杂、煅烧等过程，存在能耗高，有二次污染的问题，同时由于磷石膏杂质的影响，产品性能尚无法与天然石膏或脱硫石膏制品竞争。----------

4、-----------------------张召述：男，1968年10月生，昆明理工大学教授，博士生导师，主要从事固体废弃物资源化、危险废物固化、尾矿固化干堆等科研工作，E-mail:zhangjiao5546@126.com（2）混凝土工艺：该工艺中磷石膏只是作为配料加入水泥和骨料组成的混合料中，采用混凝土砌块成型工艺生产免烧砖。这种砖出现的最大问题是容易膨胀和酥裂。其主要原因在于三方面：磷石膏中的游离酸可直接与水泥中的水化产物和未水化产物作用，使胶凝结构遭到本质性破坏；超量的CaSO4.2H2O与水泥水化产生的水化铝酸钙反应生成过量的钙矾

5、石晶体，导致体积膨胀；因磷石膏颗粒细、持水性强、且自身含结晶水，导致制砖过程为满足成型时的需水量增大，一方面因水量增加使砖的物理力学性能变差，另一方面使砖的吸水率增大，游离水很容易在冰点下凝结使体积增大，造成膨胀产生的应力破坏。（3）灰砂工艺：是在磷石膏配料中添加石灰、磷渣、矿渣、粉煤灰为主的粉体材料，再配合30～50%骨料生产蒸压或蒸养砖。其机理是利用石灰提供的碱性一方面可中和磷石膏中的游离酸，同时可提供碱性条件与磷石膏提供的硫酸盐对磷渣玻璃体进行激发，最终生成以水化硅酸钙为主的胶凝产物对磷石膏颗粒进行胶结。其原理与传统灰砂砖或粉煤灰蒸压砖相

6、似，但因磷石膏的组成与铝硅矿物为主的砂和粉煤灰完全不同，故其制品的性能很难达到灰砂砖和粉煤灰砖的性能参数。（4）烧结工艺：在粘土中掺入磷石膏生产烧结砖。该技术在很多小砖窑进行过试验，由于砖的烧结温度一般在1050℃，并且有碳存在的情况下，CaSO4.2H2O一方面完全脱水生成无水石膏，另一方面会发生分解，产生SO2随烟气排放。尽管煅烧生成的无水石膏在遇水时会生成二水石膏，对制品的干强度有利，但因在煅烧过程可能还生成诸如硫铝酸钙中间产物以及氧化钙，在遇水时强烈水化发生体积膨胀，发生类似“生石灰爆裂”现象。同时由于能耗高、环境污染严重，软化系数低，

7、故烧结工艺不是磷石膏制砖的主流技术。经过多年的摸索，采用磷石膏生产免烧砖已成为本行业的发展趋势，但关于磷石膏砖的技术标准和应用一直存在争议。2、磷石膏免烧砖生产技术分析2.1磷石膏的理化性质及其反应机理（1）磷石膏的主要成份为CaSO4.2H2O，最容易发生的硅酸盐反应是在氢氧化钙和氧化铝存在条件下生成钙矾石，而钙矾石是一种中空的粗大晶体，含32个结晶水分子，很容易遭受碳化，物理化学性质很不稳定，因此，在水泥和灰砂制品中，为了减少钙矾石量，提高制品的耐久性，石膏的掺量一般控制在4%以下，在氧化铝、氢氧化钙和石膏量均符合钙矾石生成的条件下，将产生

8、大量的钙矾石晶体，对制品的耐久性不利；（2）磷石膏中的CaSO4.2H2O可微溶于水，当液相饱和后可结晶析出产生胶结现象，同时CaSO4.2H2O在大