常压无氯盐溶液法α-半水磷石膏的制备及晶形调控研究

1、常压无氯盐溶液法a -半水磷石膏的制备及晶形调控研究 磷石膏是湿法技术生产磷酸过程中 , 硫酸分解磷矿时产生的一种以二水硫酸 钙为主要成分的副产物。我国磷石膏已经成为著名的大宗工业固体废物 , 排放量 达70008000万吨/年，从环境保护和资源利用角度而言,急需规模化 消纳和利用。除了二水石膏以外，石膏相态还包括半水石膏(a型和B型)和无水石膏。 其中,二水石膏几乎不具有胶凝性，利用价值低，而a -半水石膏是一种重要的胶 凝材料 , 因其性能优越被广泛用于高档建材、铸造模具、骨修复等领域。因此, 以二水石膏为原料制备 a -半水石膏 , 不但可提高我国石膏资源应用价 值, 也是化学石膏高附加

2、值资源化的有效途径。常压盐溶液法利用二水石膏制备 a - 半水石膏 , 反响条件温和、反响过程和产品质量易于控制 , 是目前最具前景的 a - 半水石膏制备技术。为实现磷石膏制备a -半水石膏，结晶介质常选用为以CaClvsub2v/sub水 溶液为代表的氯盐体系 , 但是氯离子会造成设备加速腐蚀等问题。本课题提出了 常压无氯盐溶液中磷石膏制备 a -半水石膏的新技术 , 以 Ca( NO3) 2取代氯盐,探究了盐溶液浓度和温度的影响,重点研究了含磷杂质 对转化过程和产物特性的影响以及作用机理，并对a -半水石膏晶体形貌和反响 过程调控进行了深入的探究。在常压盐溶液中 , 二水石膏能否转化为

3、a - 半水石膏只取决于水的活度。 水活 度降低可促使二水石膏向 a - 半水石膏转化。电解质的参加可以降低水的活度 , 满足转化的热力学条件。本实验在浓度3.33.8mol/L Ca (N03 2水溶液中,温度91102C及常压条件下,成功地将磷石膏转化成a -半水石膏增加Ca (N03 2浓度或者提高温度均可加快磷石 膏到a -半水石膏转化速率。在实验浓度条件下，磷石膏中的磷酸盐杂质，即Ca(H2v/subPO4v/sub 2 H20 Ca(H2PO4 2 H20和Ca3( P04 2 会延长整个二水石膏脱水转化 过程。参加0.21wt.%H3v/subPO4v/sub进整个转化过程；含量

4、增加 到0.41wt.%以后,H3PO4t转化过程表现出抑制作用。 含磷杂质对 a -半水石膏成核诱导期抑制作用比对晶体生长的抑制更为显著。除 Ca3 (PO4 2外，其余磷杂质亦会对 a -半水石膏晶体形貌产生重要影响 , 得到的 a -半水石膏晶体为更粗大的柱状体 进而对产物颗粒的粒度分布产生影响。此外 , 较高含量的 Ca(H2PO4 2 H2O和 CaHPO4 2H2O还会诱导局部a -半水石膏发生相变生成 无水石膏。对于a-半水石膏而言，机械强度往往是决定应用价值的一个首要指标，而机 械强度与 a - 半水石膏晶体形貌密切相关。 在 C(a NO3 2 溶液中 , 丁二酸对 a - 半水石膏形貌有明显调控作用 , 随着丁二酸掺量由 0 增加到 0.4%,得到的a -半水石膏晶体由长棒状变为碟状,长径比范围由 4.58.5 减小至 0.30.5 。丁二酸还会降低磷石膏的脱水速率 ,但通过参加适量Na2v/subSO4v/sub可以缓解甚至消除丁二酸引起的延迟效应。当丁二酸掺量由 0 增加到 0.3%时, 磷石膏的完全转化时间由 5.0h 延长至 6.5h; 参加1.2%Na2v/subSO4v/sub后,磷石膏的完全转化时间缩短至约3.75h。通过比照浆体强度，发现掺