半水法濕法磷酸工藝的磷石膏應(yīng)用于建材的實驗研究0

1、半水法濕法磷酸工藝的磷石膏應(yīng)用于建材的實驗研究安徽森科新材料有限公司 張庚福 張紀(jì)黎 我國濕法磷酸工藝均為二水法，所產(chǎn)生的廢渣磷石膏均為二水硫酸鈣CaSO4·2H2O。近年來，為提高磷酸濃度（P2O5含量達(dá)40%以上），廣東湛化集團公司（采用美國西方石油公司工藝）和貴州川恒化工有限公司（自主研發(fā)）均采用半水法生產(chǎn)工藝，開辟了我國濕法磷酸生產(chǎn)新途徑。受相關(guān)方面委托，我們對半水濕法磷酸工藝的磷石膏應(yīng)用于建材方面進行了實驗研究。一、 磷石膏原狀粉體XRD銜射圖：兩公司的磷石膏原狀粉體XRD衍射圖（圖一，貴州川恒；圖二，廣東湛化集團）的成份幾乎一樣，均為CaSO42H2O和CaSO40.5H

2、2O。圖一 貴州川恒磷石膏原狀粉體XRD衍射圖圖二 廣東湛化集團磷石膏原狀粉體XRD衍射圖二、 化學(xué)成份：廣東湛化集團和貴州川恒磷石膏主要化學(xué)成份表一項目單位CaOSO3總P2O5水溶性P2O5總F水溶性F結(jié)晶H2OPH備注廣東湛化30.3411.950.9750.440.225.652.2貴州川恒26.7390.910.40.540.255.165.16從化學(xué)組成看，半水磷石膏的純度很高，在生產(chǎn)正常情況下，干基CaSO40.5H2含量在90%以上，而廣東湛化更高。由于廣東湛化的P2O5與F高于貴州川恒，其酸性遠(yuǎn)高于貴州川恒。三、 磷石膏原狀粉體SEM圖： 兩公司的磷石膏原狀粉體SEM圖對比看

3、完全不同：圖一 貴州川恒磷石膏原狀粉體500倍SEM圖二 貴州川恒磷石膏原狀粉體5000倍SEM圖三 廣東湛化集團磷石膏原狀粉體500倍SEM圖四 廣東湛化集團磷石膏原狀粉體5000倍SEM圖一、貴州川恒磷石膏原狀粉體500倍SEM圖顯示，石膏晶體結(jié)構(gòu)均為片狀六面體堆積體，長度多為50100um。圖二、貴州川恒磷石膏原狀粉體5000倍SEM圖可看出，不規(guī)則片狀六面體厚度一般在12 um，寬度在1020 um之間，也有少量微小片狀填充其間。 圖三、廣東湛化集團磷石膏原狀粉體500倍SEM圖顯示，石膏晶體由柱狀六面體堆集組成球狀，D=1050 um之間，松散排列，孔隙率5060%。圖四、廣東湛化集

4、團磷石膏原狀粉體5000倍SEM圖可看出，不規(guī)則柱狀六面體晶體厚度一般為12 um，長度56 um，寬度大多36 um，也有少量微小顆粒排列其間。四、 半水法與二水法石膏的特點： 半水法磷石膏與二水法磷石膏建筑石膏粉（型）相比：、半水法硫酸鈣含量大于二水法；、二種石膏晶體形態(tài)和結(jié)構(gòu)完全不同；、二水法的建筑石膏粉初凝時間和終凝時間在410min之間，而半水法磷石膏初凝時間很長，早期強度很低，不利形成強度，更不能規(guī)模生產(chǎn)；、半水法可溶性酸小于二水法，中和處理壓力?。?、半水法自由水含量較?。?、二水法磷石膏只有通過煅燒去掉1.5H2O后變成建筑石膏粉，煅燒耗能大。二水法磷石膏建筑石膏粉（型）加水后快速

5、水化反應(yīng)，使石膏晶體形成長柱狀六面體互相交叉排列形成穩(wěn)定態(tài)，其硬化體能承受一定外力成為建筑材料。、從半水石膏XRD衍射圖和SEM圖可以看出其二水石膏與半水石膏成份幾乎一樣，即各占1/2，其晶體結(jié)構(gòu)均為短粗狀不規(guī)則六面體，已形成穩(wěn)定態(tài)，改變其晶體形態(tài)難度極大。五、 設(shè)計的工藝技術(shù)路線及要求：、選擇合適的調(diào)晶劑、激發(fā)劑和改性劑改變現(xiàn)有晶體結(jié)構(gòu)，使短柱狀六面體晶體結(jié)構(gòu)改變?yōu)殚L柱狀晶體，且盡量規(guī)律交叉排列，形成穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)形態(tài)，硬化體能承受一定外力，變成建筑材料；、改變晶體結(jié)構(gòu)和形成晶體規(guī)律交叉排列時間要短，要在短時間內(nèi)（510 min左右）初終凝；、半水石膏中的半水磷石膏和二水磷石膏的晶體結(jié)構(gòu)的改變

6、在常溫下形成。、嚴(yán)格控制工藝成本。六、 實驗：為實現(xiàn)上述工藝技術(shù)路線，篩選調(diào)晶劑、激發(fā)劑和改性劑，其配合比是：湛化集團磷石膏50%、調(diào)晶劑40%、激發(fā)劑5%、改性劑5%、水60%，在實驗室做成（160×40×40）試塊，初終凝時間7min，終凝時間13min，為烘干折2.5MPa，未烘濕折1.8 MPa，軟化系數(shù)0.72，完全達(dá)到建筑石膏GB/T97762008，2.0級標(biāo)準(zhǔn)，且符合防潮石膏的標(biāo)準(zhǔn)要求。試塊160×40×40在常溫下浸泡于水中一月仍保持初期狀態(tài)，未見任何析出，說明晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。從廣東湛化集團磷石膏硬化體的XRD銜射圖（圖五）可以看出，主要

7、成份是CaSO42H2O，少量為CaSO40.5H2O，（圖中圓圈部分為CaSO40.5H2O）圖五 廣東湛化集團磷石膏硬化體XRD圖圖六 廣東湛化集團磷石膏硬化體2500倍SEM圖從廣東湛化集團磷石膏硬化體2500倍SEM圖可以看出，石膏硬化體中晶體結(jié)構(gòu)已大多由短粗不規(guī)則六面體晶體，變?yōu)殚L柱狀六面體晶體，交叉排列，空隙率約為3040%，且晶體之間有膠體相接，有部分原晶體未變化 ，仍排列其間，說明晶體重組不充分。七、 結(jié)論：上述實驗研究說明：、在常溫常壓下，半水法濕法磷酸工藝的磷石膏是可以應(yīng)用于建材，且完全符合建筑石膏GB/T97762008的標(biāo)準(zhǔn)；、上述研究只是湛化集團初步成果，還需改進提高。貴州川恒的半水磷石膏的實驗研究還有待于突破；、半水石膏粉體通過調(diào)晶劑、激發(fā)劑、改性劑是可以改變晶體形態(tài)和排列，其中半水石膏晶體可轉(zhuǎn)化為二水石膏晶體，且晶體形態(tài)變長，二水石膏晶體通過失晶、重結(jié)晶也能使晶體形態(tài)變長，其晶體結(jié)構(gòu)組成的硬化體具有