磷石膏建材资源化关键问题与技术途径 - 全国工业副产石膏综合

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1、磷石膏建材资源化关键问题与技术途径重庆大学材料学院建材系彭家惠博士教授博导1、磷石膏资源化紧迫性1）磷石膏来源磷石膏是湿法生产磷酸时排出的副产品。磷酸生产工艺：二水法（二水硫酸钙）工艺；半水法工艺；半水-二水法；二水-半水法工艺。二水法工艺温和，设备要求相对较低、技术成熟，对矿石种类适应性强的特点，特别适合于中低品位矿石，在湿法磷酸工艺中居统治地位。我国主要采用二水法，生产1t磷酸，产生3t二水石膏，约3.5t干基磷石膏或4t湿基磷石膏。2）磷石膏排放情况我国是磷石膏资源大国，磷（肥）化工产品世界第一

2、。农业为国民经济的基础地位，确保了磷肥10余年的强势增长。目前年排放量已达5000万吨。磷石膏已成为我国继粉煤灰后第二大工业固体废弃物。磷石膏有效利用已成为磷肥和建材行业的重大课题。3）磷肥行业面临的压力23磷石膏堆放的环境问题：地下水污染和粉尘污染堆场饱和社会的压力减排的政策征缴排污费4）磷石膏特点品位：主要成分二水石膏，含量85~90%，品位较高，可替代天然石膏制备石膏建材。杂质：可溶磷、共晶磷、可溶氟、有机物、氟化钙、磷酸钙、游离酸等，杂质对磷石膏性能有显著影响，杂质波动导致磷石膏品质变化。物态：湿

3、态粉体，含水率为10~20%，颗粒形貌以板状为主，比表面积在2000~3000cm2/g左右。酸性：pH值2~5，对堆放、输送、炒制设施有腐蚀作用。放射性：我国磷石膏放射性元素含量较低，采用国产磷矿排放的磷石膏符合GB6566《建筑材料卫生防疫标准，未发现放射性超标。品质稳定性：磷石膏品质很不稳定，原因有：①磷石膏作为废弃物排放，其品质不为生产者关心；②磷石膏堆放过程中可溶杂质改变。磷石膏品位较高，是可利用的再生石膏资源；含有较多有害杂质，性能劣于天然石膏；资源化时应采取针对措施，抑制、削弱杂质的影响；应

4、采取均化、预处理措施提高磷石膏品质稳定性。5）磷石膏研发与利用现状磷石膏研发投入严重不足。对磷石膏杂质的研究多简单停留在组成上，而对杂质形态、结构、分布的研究非常缺乏。尚不清楚有机杂质的种类、结构，对有机物与共晶磷对性能的影响的认识较模糊，把不同形态可溶磷对性能的影响笼统归结为可溶磷的影响。23另外关于杂质在磷石膏胶结材和水泥的水化、硬化过程中的作用以及对硬化体结构的影响等问题缺乏系统、深入的基础研究。以至于如何准确定量评估磷石膏质量、如何有针对性地消除杂质对磷石膏的有害影响以及怎样有效地利用磷石膏等一系

5、列问题得不到可靠的理论指导，严重影响了磷石膏资源化工作的进程。缺乏磷石膏质量评定标准。磷石膏利用率不到10%，主要用作水泥缓凝剂利用，利用水平和利用率都很低。磷石膏有效利用是磷肥行业的共性难题，是磷肥行业可持续发展的重大挑战。磷石膏建材资源化是建材行业的责任和历史机遇。磷石膏资源化必须立足国情，必须尽快解决磷石膏资源化的共性技术问题。2、磷石膏建材资源化关键问题磷石膏主要有害杂质对性能的影响规律及其作用机制；建立磷石膏质量评定指标体系；以磷石膏建材资源化为目标，依据磷石膏颗粒结构与性能关系，杂质对性能的影

6、响规律，以及我国磷石膏品质的总体情况，建立了定量评估磷石膏质量的指标体系，正确指导磷石膏的质量评估和质量控制；磷酸生产工艺与磷石膏品质关系，为调整、改善、优化磷酸工艺，提高磷石膏品质提供依据；磷石膏预处理与改性原理；经济、实用、有效的预处理与改性是磷石膏资源化关键。通过对中和、沉淀、水洗、浮选、粉磨、煅烧、外加剂改性等方法的技术经济效果进行比较，建立磷石膏预处理改性原理，指导人们根据磷石膏品质及用途，合理地选择相应的预处理改性方法；磷石膏建材资源化途径。3、杂质对磷石膏性能的影响规律及其机制搞清楚磷石膏中

7、有害杂质种类、形态、结构、分布方式对性能的影响规律是磷石膏质量评估、指导磷石膏利用、磷石膏改性的基础。1）主要有害杂质及其分布可溶磷0.1~1.0%共晶磷0.2~0.5%可溶氟0.1~0.6%有机物0.05~0.3%R2O0.1~0.8%23可溶磷、氟、共晶磷和有机物是磷石膏中主要有害杂质。可溶磷、氟、有机物主要分布于二水石膏晶体表面，其含量随磷石膏粒度增加而增加。共晶磷含量则随磷石膏粒度增加而减少。2）可溶磷形态、分布及其对性能的影响形态磷石膏中可溶磷由磷酸引入。磷酸电离产生H3PO4，H2PO4-，H

8、PO42-，PO43-四种形态的可溶磷，其分布主要决定于pH值，酸性以H3PO4为主，中性以HPO42-为主，碱性则以PO43-为主。由于石膏溶解度相对较大，[Ca2+]较高，而Ca3(PO4)2为溶解度很小的难溶盐，因此体系中[PO43-]很低。故磷石膏中可溶磷主要以H3PO4，H2PO4-，HPO42-三种形态存在。分布不同粒度磷石膏的性能必然随可溶磷的这种分布发生相应变化。通过筛分剔除0.3mm以上磷石膏以减少磷石膏中杂