磷石膏的特性与开发应用途径

1、维晋资讯 磷石膏的特性与开发应用途径卓蓉晖（武汉理工犬学材料研究与测试中心，武汉43flO7C）维晋资讯 综述了我国麟石膏幵岌应用逢桎及逾用现状匚播要：外蹈了磷石膏的特牲、桑險种类及其时性能的影响。 关fit词：磷石膏,躋石膏特性，磷疋膏幵发利用 中图分类号占X781.5文献标识码：C磷石膏是磷肥、磷醸生产时排放出的固体废弃 物。生产It磷醸约产生4一5-勺磷石膏。近年来， 随着磷肥业的发展，磷石膏的排放量也日益增大。 我国每年磷石膏的排放量超过1000万匚而其利用 率却很低，磷石膏占用了大量土地'污染环境给生 产企业带来很大的负担，磷石膏的资源化利用已成 为磷肥行业实现可持续发展的关

2、键门磷石膏主要由CaSO4-2H2O构成，是一种電要 的再生石膏资源口磷石膏含有磷、氟等杂质,结构也 与天然石膏不同，因此必须进行预处理后才能用于 石需建材的生产。目前国内对磷石膏的应用进行了 大疑的研究，也取得了一定的成果，磷石膏在建材、 农业、化工等行业都得到了再利用。1磷石膏的特性磷石膏的主要化学成分为00和SOg同时含 有有机物等杂质及少 易铀、镭、镉、铅、铜等元素口磷石膏主要以针状晶 休、板状晶体、密实晶体、多晶核晶休等四种结晶形 式存在。磷石膏胶结体的性能与天然石膏相比有较 大差异，主要表现为凝结时间长，强度较低。不同生 产企业、不同批次的磷石膏的化学组成都略有不同， 这主要与磷酸

3、生产工艺条件的控制及磷矿石的品种 有关。我国磷酸主产以湿法生产为主，通过硫酸分 解磷矿石生成萃取料浆，然后过滤洗涤制得磷讓，过 滤洗涤过程中同时产生磷石膏©其反应式为： Ca5（PO4）F + 5H2SO4 + 10H2O3HiPO4 + 5CaSQ,' 2H2O+HF&在磷酸生产过程中，部分磷矿石未分 解，磷石膏洗潇过滤过程不完全以及生产过程中添46 *2005年第I期=衣竺沦文章绢号:1003 - 1324(2005)01 - 0046 - 04加的添加剂是磷石膏中含有磷、氟辱多种杂质的原 因，正是这些杂质影响了磷石膏的性能，使其不能直 接应用于石膏建材的生产，制

4、约了磷石膏的使用口 L1磷磷是磷石膏中的主要杂质，也是影响其性能的 主要因素，同时磷的流失还造成了磷资源的浪费。 磷石膏中的磷以可溶磷、共晶磷，难溶磷三种形态存 在，可溶磷对磷石靑性能影响最大。1.1可溶磷磷石膏中的可洛磷由磷酸引人*磷酸电离产生 HwPOsHgPQr四种形态，磷石膏 中可溶磷主要为H3P04.H3P04-.HPO?'三肿形 态。可陪磷的含量取决于磷石膏的洗涤过滤工艺， 一般为0,4%-0.8%o可谱磷在磷石膏中分布下 均匀，含量随磷石膏颗粒度的增大而增大。可洛磷 被磷石膏中的二水石膏晶体所吸附，分布于二水石 膏晶怵表面，水化时可溶磷与溶液中Ca2+ft应生成 难溶的C

5、aj（PO4）2附着于石膏表面，阻碍石膏的进 一步溶出和水化，使磷石臂凝结时间延长、结构疏 松、强度降低。工艺上可釆用筛分、水洗、掺加石灰 等碱性物质改变磷石膏体系酸碱度等方法来去除磷 石膏中的可溶性磷。1.1.2共晶麟共聶磷是由于HPO4_同晶取代部分迤"进 人CaSOq晶格而形成的。共晶磷的含嵐受磷酸生 产中萃取工艺条件的影响，一般约为0二 D. 8%,含置随磷石膏颗粒度的增大而减小°水化过程 中，共晶磷从晶格中陪出，与溶液中C?+反应生成 难洛的Ca3（POj2阻碍半水石膏水化，使二水石膏山东曜材信魁腳httpj /www, sdjc, cn 晶体粗化，强度降低。只有

6、在soor下爛烧璘石膏 才能使共晶磷转变成惰性的焦磷酸盐口L L3 难溶麟难溶磷主要为Ca3（POjy含量约0. 6% l.4%t主要存在干磷石膏粗颗粒中、对性能影响较 小G1.2 2005年第期 y磷石膏中的氟来源于磷矿石，磷矿石经硫酸分 解时，磷矿石中的氟有20% - 40%夹杂在磷石膏 中，以可溶竄NaF和难溶氟CaFN即Si%两种形 式存在°诺响磷石膏性能的是可溶氟'可榕氟有促 凝作用，但当其含最超过0.3鳴时*会显著降低磷石 膏的强度。可通过水洗工艺消除可溶藏。磷石膏屮的緬还对环境造成危害。有研究表 明，新产出磷石It的浸出液中氟的含量高于国家标 准要求的最高允许值

7、，属于危险废物口在堆场中存 放一段时间肓，一部分叛会因降雨淋溶而流失* 一部 分氟与磷石膏中的Ca”形成稳定的氟化钙从而使 磷石膏中的可溶氟含量降低，这时的磷石膏属于非 危险废物。随降雨淋溶而流失的瓶会渗人堆场周围 的水体中，使水中氟浓度过務，适成环境污染" L3其他杂质磷石膏中还含有有机物、铀、镭、镉、铅、铜等多 种杂质。有机物来源于磷矿石中的有机杂质和磷酸 生产工艺中所加人的有机憑加剂”大部分有机物在 过滤过程中可去除*只有少量被残留在磷石膏中口 研究表明、磷石膏中的有机物为乙二醇甲醸乙酸酯、 异硫佩甲烷、3-甲氧基正戊烷等。含量随磷石膏 颗粒度的增加而增大，分布在二水石膏晶休表

8、面，便 磷石膏胶结材需水量增加削髓了二水石膏晶体间 的接合，使硬化体结构疏松.强度降低立水洗、浮选 法和soor®烧等方法均可去除有机物，浮选法更 适于有机物含量较高的磷石膏。铀、镭、镉、铅、铜等元索来源于磷矿石。铀、镭 属于放射性元素，如果磷矿石中放射性元索含量高 则磷石膏中放射性元素含量也高。目前国内外还没 有找到可以完全消除故射性元素的方法，因此磷石 膏也带有定的放射性。放射性污染对人体的危害 是众所周知的，对磷石膏的放射性也应高度重视'但 也不应使其成为阻碍磷石膏利用的障碍。在自然界 中只要有物质存在就有放射性存在，建筑材料存在 放射性是普遍现象，只要将辐射量控制在安

9、全范围 山东建材= 内即可。国内绝大多数企业生产的磷石膏是安全 的、只要企业严格按国家标准对磷石膏的放射性进 行监测，就能保证磷石膏的安全使用。2磷石膏的应用途径我国磷石背的应用研究起步较晚，冃前磷石膏 的利用主要有以下几牛途径：仃）通过对磷石膏的预 处理改性，使其能代替天然石書应用于水泥、石膏建 材制品的生产中。（2）利用磷石膏生产硫酸、水泥用 以弥补我国硫资源的不足。（3）作土壤改良剂及肥 料。2.1在水泥生产中的应用2.作为水泥的矿化剂在水泥生产中，在生料中掺人适量的 0 和F -组分可起到良好的矿化作用，使二氧化稚活化，降 低液相形成温度，减小液相黏度，通过低温中间相的 形成便QS在较

10、低温度下形成，改善熟料的矿物组 成。同时熟料中含有少量的P2O5一般不趙过 0.5%）对GS的形成及游离石灰的吸收有促进作 用。磷石膏中二水石膏的含量超过90鳴*井含有少 量P2O5w P ,无需预处理就可直接作为矿化剂使 用。辽宁省建材科研所等单垃通过实践证明磷石 膏的矿化作用略优于天然石青用磷石膏作矿化剂 可提高产量降低能耗，捉高水泥熟料的质量降低 熟料的烧成温度。2.1.2用作水泥綏凝剂天然召膏加入水泥熟料中可调节水泥的凝结过 程，是水詞缓凝剂的主要原料&磷石膏中的巳Q能 阻碍水泥的早期水化速度,使水泥凝结时间延长，早 期强度下降，因此要想用磷石膏代替天然石膏作水 泥缓凝剂必须对

11、磷石膏进行预处理°常用的处理方 法主要有：水洗法、石灰中和锻烧法及用碱性物质中 和后再造粒等，棍据水泥品种的不同可选择不同的 预处理方法。预处理后的磷石膏其缓凝作用与天然 石膏相当，在増加水泥强度方面还略优于天然石膏。 2+2生产石膏建材制品磷石膏经预处理后锻烧可生产建筑石膏，用以 制造纸面石膏板、纤维石膏板、空心条板、空心砌块、 建筑标准砖、石膏防火板以及其他石膏胶结料，如粉 刷石膏、嵌缝石膏、充填石膏等。这些建材产品具有 良好的耐火性、绝热性、隔音性"温度调节性能”同时 易于施工、装饰效果好。建设用磷石膏生产纸面石 膏板、石膏空心砌块等石膏制品的生产线，投资少、 见效快

12、、经济效益好、市场前景广'是磷石膏利用的 有效途径口2.3利用确石膏制硫酸联产水泥我国从20世纪80年代末开始研究开发磷石膏 制蹴酸联产水泥工艺°这一工艺是将磷石膏、焦堤、 黏士及砂岩、氧化铁、氧化铝等辅助剂放在回转窑中 反应反应温度900-1100t ,CaSOd在焦規的作用 下还原分解并与辅助刑反应形成水泥熟料同时生 成的SQ用以制造硫酸。国内已投产了7条硫酸联 产水泥生产线，不仅使磷石膏得到了再利用，还在一 定程度上弥补了我国硫资源的不足“2.4在农业上的应用磷石膏呈酸性，pH值为1-4,可作盐碱地、红 壞旱地的土壤改HMo直接施用能降低土壤的pH 值，有效地改善土壤农

13、化性状，磷石膏中的Ca't与 土壤中的离子交换可以便钠-黏土变成钙- 黏上而改善土质，提高土壤渗水性，防止表皮结壳， 有利于植物生长。磷石膏也是酸性七上层的改良 剂。施用磷石膏还能有效地改善土壤的通透性和结 构性，增加土壤总孔隙度和非毛管孔隙度，提高土壤 结构系数。研究表明，磷石膏能有效地降低土壤的 pH值和碱化度*使Cr,Na+等土壤有害离子明显 减少，随磷石膏用駐的增加土壤中有机质、N、P含 量增加。磷石膏富含的磷*钙、硫、硅等元素是农作物生 长所需的营养元素*因此可作为肥料使用=磷石膏 中的钙、硫能促进豆科作物根瘤的形成*尤其适于喜 钙、硫的蔬菜如甘兰、油菜的生长发育，能增加产量

14、、 改善品质。磷石膏在缺硫的土壤和喜硫、钙作物上 推广使用，既可节省大量的硫、钙资源，又可充分利 用磷石膏这一废弃资源丁磷石膏与尿素泯合可制成长效氮肥*由于磷石 膏对尿素具有抑制件用，可减少氮的挥发.提高氮肥 利用率，施用添加磷石膏的混合肥可使水稻增产 6.5%,油菜增产16.7%c磷石膏在使用中也应注意环境问题”主要是磷 石膏中含有重金属及有害元素，一再施用会在土壤 中积累而使作物植株中的重金属元素含量升髙口中 国农科院土壤肥料研究所对山东等地施用磷石膏后 的花生、油菜籽粒中的As.Hg.F含量进行监测.结 果表明，花生、油菜籽粒中As>Hg.F含量比未施用* 48 ”2005年第1期

15、 承理松比的路有增加*但并未超标n科学合理的安排使用周 期及用量是安全使用的保证-3隣石膏应用现状与展望目前，世界各国都已认识到磷石焉对环境的危 害及磷石膏的可利用价值，加大了幵发利用的研究 力度，并取得了相当丰硕的成果°磷石膏不仅用于 水泥、石膏制品的生产中*还被用于生产硫酸钾、硫 酸钱并联产硫酸钾钱和氮磷钾复合肥料以及修筑 公路路堤、与混擬土混合制石膏藏碾压混凝土修筑 停车场等*在日本，每年约有200万t磷石膏制成 纸面石膏板，在水泥生产中也几乎不再使用天然石 肯而采用磷石膏作缓嵯剂，许多磷酸企业都将磷石 膏当作产品对待，非常重观其质SL并取得了较好的 经济效益。我国磷石膏的利用

16、率校低，每年仅约50 万磷石膏得到应用"由于磷石膏中杂质种类及含 量受磷酸生产工艺条件和磷矿石的品质彫响，波动 较大*使目标产品的质量难以保证，在一定程度上制 约了磷石膏的制用，同时，我国天然石膏资源丰富. 价格低廉，使用方便，也便一些企业不愿使用磷石 近年来'人们的环保意识逐渐增强，磷石膏的再 利用问题已越来越受到重视。特别是国家大力倡导 生产绿色环保建材产品的政策为磷石膏的开发利用 提供了发展的契机出国内已有多家企业开始利用磷 石膏生产水泥缓凝剂，相继建成多条利用磷石膏生 产石膏扳材的生产线，如铜陵化学工业集团公司建 成了年产10万吨水泥缓凝剂生产线，并与澳大利亚 博罗公

17、司合作生产优质石膏板材产品不仅満足国 内市场还远销悔外刁综合利用磷石膏不仅需要因地制宜的选择合适 的开发途径.对于生产磷石膏的企业也应积极改进 生产工艺，采用先进的工艺方法，不仅使磷醴的提取 率得到提高.而且还能得到高纯度的磷石膏.为磷石 膏的利用提供保障口随着科学技术的发展，磷石膏 将会成为宝贵的二次资源。參考文ML万体智.涌艘.尊届石膏中杂质组战膨态、分布及苴对 性能的影响中国建材科技2000亦:引- 3邑2彭家惠，帀休智朋玲灌榛石膏中有机物、共晶碑及耳对性能 的影响J.建筑材料学报.3003.(3):221-226.胡来明，陈清化学工业固碎慶物亚性鉴別分析福建野境， 2003,(2):1

18、4-17.4周忠宏，谢云，审莉，磷石膏作水覩矿化制的研究及薩用打，粉 山东這材信网h(tp：/www. sdjc. cn维晋资讯 粗直径钢筋剥肋滚轧直螺纹连接技术及施工工艺秋丽萍1张寒松I陈晓春2张富来2 山东省建设建工集团，轿南250»14；2.济南建筑工程质检站，苗南250013；3.挤爾大学.苗南250012维晋资讯 维晋资讯 中图分类号：TU51】，3+2文献标识码：H文章编号；1003 - 1324(2005)01 - 0049 - 02维晋资讯 维晋资讯 近年来，国内各类高层建筑、大跨结构、桥梁、水 工、核电等发展迅速，钢筋硫结构在建筑工程中应用 愈来愈广泛钢筋用量与日俱

19、增"钢筋直径和密度也 越来越大，粗直径钢筋连接方式与工程质量、施工速 度、经济效益和施工安全密切相关剥肋滾轧直螺纹 连接技术正是基于上述过程于2001年由中国建筑 科学研究院等单位联合开发研制成功的一种简单先 进的钢筋机械连接方式。在山东建工明珠大廈工程中粗直径钢筋连接采 用了此项先进技术实践结果表明该技术质議可 靠,经济效果显著，值得大力推广合1剥助滚轧在螺纹连接技术的特点(1) 强度高彳该技术相当于冷加工操作，综合力 学性能达到井超过国家行业标准JGJ 10796的接 头标准”接头强度高于母材强度*为钢筋等强度连 接。(2) 连接质量可靠口由于采用钢箭端头规圆一 滚压螺纹一螺纹套管现场连接工艺，故螺纹精度高， 车出的螺纹质量好从而确保了连接质量。(3) 操作简单,施工速度抉。该项新技术采用的煤东，1他，(弟；光一 39.5伏玉噸.辑石膏作水甩耀艇列的应用CjLii苏环蜒科技如4 (3)38-42.6李江华那朝飞一践论宙石青悴水泥1S羅剂的应用川建 筑.2003.(5):85-56,7张吕化.浅谈璘石曹的绦合利用J.化工矿物-与加工.199趴 Q)(24-26.3席美云省石晋