(1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)(2.鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224051)

引言

磷石膏是一種有待于開發(fā)利用的固體廢物，不同于普通的石膏，磷石膏中含有較多的雜質(zhì)如磷酸鹽、氟化物和有機(jī)物質(zhì)。雖然這些雜質(zhì)的含量不多，但是對其的應(yīng)用造成了巨大的阻礙。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，中國每年的磷石膏產(chǎn)量高達(dá)5000萬噸，能被合理利用起來的磷石膏的量卻不容樂觀。本文將對磷石膏去除雜質(zhì)方法的研究現(xiàn)狀做一個總結(jié)并對未來磷石膏的發(fā)展給出自己的想法。

一、磷石膏的主要來源

磷石膏被大量產(chǎn)出的地方主要有兩個：

(一)濕法磷酸產(chǎn)業(yè)

現(xiàn)在應(yīng)用的比較多的制磷酸的方法是濕法制磷酸，主要方法是用無機(jī)酸去分解磷礦石，比較典型的是用硫酸去處理磷礦石，反應(yīng)方程式如下：

(二)磷肥產(chǎn)業(yè)

在生產(chǎn)化肥產(chǎn)業(yè)中也會伴隨著大量的磷石膏副產(chǎn)品的產(chǎn)出。

二、磷石膏中的雜質(zhì)

對磷石膏中的雜質(zhì)進(jìn)行充分徹底的研究是處理應(yīng)用磷石膏的第一步。磷石膏中雜質(zhì)可以根據(jù)雜質(zhì)性質(zhì)大致分為四類：磷酸鹽、氟化物、有機(jī)物質(zhì)和其他雜質(zhì)。磷酸鹽雜質(zhì)主要包括Ca(H2PO4)2、CaHPO4和Ca3(PO4)2，氟化物主要包括NaF、Na2SiF6、Na3FeF6和CaF2，有機(jī)雜質(zhì)包括乙二醇甲醚乙酸酯等，其他雜質(zhì)一般是一些重金屬或者帶有放射性的物質(zhì)。磷石膏同樣也可以根據(jù)其物理性質(zhì)分為可溶性雜質(zhì)、難溶性雜質(zhì)和共晶雜質(zhì)。

結(jié)合相關(guān)的研究和已經(jīng)做的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)真正對磷石膏影響較大的是那些在水中擁有較高溶解度的雜質(zhì)。在水泥產(chǎn)業(yè)中用磷石膏代替天然石膏當(dāng)做緩凝劑使用，這些在水中溶解度較高的磷石膏雜質(zhì)析出的磷酸鹽會與水化反應(yīng)中產(chǎn)生的鈣離子反應(yīng)，產(chǎn)生一層磷酸鈣沉淀膜，在阻止水泥水化進(jìn)行的同時，也會對水泥內(nèi)部的結(jié)構(gòu)造成破壞，最終影響水泥強(qiáng)度的發(fā)展。對于將磷石膏應(yīng)用于水泥，還有一類較大的威脅就是那些存在著堿性不穩(wěn)定的雜質(zhì)，這類雜質(zhì)在水中的溶解度并不高，但是在水泥水化這類堿性條件下，它的鍵會變得非常脆弱，仍然會在水泥水化的時候析出磷酸鹽或者氟化物影響水泥的凝結(jié)和強(qiáng)度。那些在水中溶解度不高的雜質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，不容易與外界物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，對外界的影響沒有高溶解度的雜質(zhì)那么大，所以開發(fā)出來的很多的處理方法有很多都是針對其中的高溶解度的雜質(zhì)。

三、磷石膏中雜質(zhì)的去除方法

根據(jù)處理方式將雜質(zhì)的去除方法分為三類，分別是物理法、化學(xué)法和熱處理法。

(一)物理法

處理磷石膏雜質(zhì)的物理法一般包括水洗法、浮選法、篩分法和球磨法等?，F(xiàn)在運(yùn)用較多的較為成熟的是水洗法。水洗法就是根據(jù)磷石膏雜質(zhì)的物理特性而設(shè)計(jì)出來的，將威脅最大的可溶性雜質(zhì)當(dāng)成主要去除對象，通過水多遍分程序的沖洗，可以將磷石膏中的可溶性雜質(zhì)去除干凈，這種方法較為簡單除去較為簡單，去除效果也較為理想，但這種方法需要大量的水資源并且那些沖洗后帶著可溶性磷酸鹽，氟化物的廢液的處理又將成為一個難題。而且水洗法針對的是可溶性雜質(zhì)，那些共晶雜質(zhì)存在于晶格之間，不會輕易地被水沖走，如果將水洗后的磷石膏運(yùn)用于水泥產(chǎn)業(yè)，這些殘留共晶雜質(zhì)仍然會對水泥水化造成一定的影響。Manjit Singh[1]設(shè)計(jì)出了一種水力旋流器來處理磷石膏，其實(shí)質(zhì)就是用300微米的IS篩對磷石膏進(jìn)行濕篩分，然后通過控制壓力系統(tǒng)將處理后的磷石膏取出。經(jīng)過水力旋流器濕篩分后的磷石膏制成的石膏板的強(qiáng)度提升了110%左右，去除雜質(zhì)效果比較理想，而且比較適合商業(yè)化處理。

(二)化學(xué)法

化學(xué)法主要是加入化學(xué)物質(zhì)，跟磷石膏里面的雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到去除雜質(zhì)的目的。主要目的是將磷石膏里面的雜質(zhì)變成可溶性雜質(zhì)排除掉或者是將里面的活性雜質(zhì)變成惰性沉淀。現(xiàn)在研究已經(jīng)很成熟的有用石灰水、氨水等堿性溶液來處理。這些處理方法比上面的物理法有著更加好的去除效果，處理的雜質(zhì)也比較全面。Manjit Singh[2]用氨水處理磷石膏用作水泥產(chǎn)業(yè)，未處理的磷石膏初凝時間為290min，經(jīng)過氨水的處理的磷石膏凝結(jié)時間縮短到151min，去除雜質(zhì)的效果比較顯著。Manjit Singh[3]后來又開發(fā)了用檸檬酸處理，有人做過幾種化學(xué)試劑處理同種磷石膏，最后比對處理后的磷含量，發(fā)現(xiàn)檸檬酸的處理效果最理想。檸檬酸有種獨(dú)特的優(yōu)勢，其中的酸根不僅僅與那些可溶性雜質(zhì)、難溶雜質(zhì)反應(yīng)，它能和那些在晶格中殘留的雜質(zhì)反應(yīng)，他處理的對象比較全面，所以處理的結(jié)果也是幾種化學(xué)試劑中比較理想的。

(三)熱處理法

熱處理的方法就是用加熱的方法來處理磷石膏，運(yùn)用的比較多的方法是煅燒法和閃燒法。熱處理法主要針對晶格中的雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)所開發(fā)出來的方法。當(dāng)加熱到一定溫度的時候，晶格里面的共晶雜質(zhì)將會被分解出來，有機(jī)雜質(zhì)隨溫度的升高也會被分解。Manjit Singh用煅燒和石灰水來處理磷石膏，在150℃溫度環(huán)境下煅燒30min，然后在用石灰水沖洗，能將水溶性雜質(zhì)和晶格中的雜質(zhì)全部去除,去除效果較為理想。但是煅燒帶來的成本比較高，會消耗較多能量。

總結(jié)

磷石膏是一種具有巨大應(yīng)用前景的廢料，現(xiàn)在技術(shù)和研究的不足導(dǎo)致其消耗有限導(dǎo)致大量堆積，但如果能將其大量應(yīng)用起來，將會帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在的主要思路還是將其用于水泥產(chǎn)業(yè)，代替部分現(xiàn)在已經(jīng)日益匱乏的建筑材料。磷石膏擁有很好地隔音性能，對于熱傳導(dǎo)也有很好地阻隔效果，將其運(yùn)用于墻體材料將會是一個很好地選擇?，F(xiàn)在需要突破的是如何低成本高效地去處理掉里面的雜質(zhì)，Manjit Singh等研究給了我們很多啟發(fā)，單一的運(yùn)用一種處理方法有時候并不能得到想要的效果，可以適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用兩種或者三種方法來處理，可能會得到意想不到的效果。