磷石膏的溶解度研究*

楊　敏

(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州　貴陽　550025)

?

磷石膏的溶解度研究*

楊敏

(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽550025)

對磷石膏在水溶液和飽和石灰溶液中，于10 ℃，室溫和40 ℃條件下的溶解度變化進(jìn)行了研究。通過與天然石膏在同種條件下溶解性的對比，結(jié)果表明：水溶液中，早期的磷石膏溶解度比天然石膏大，但最終的飽和溶解度小于天然石膏；隨著介質(zhì)溫度的升高，磷石膏和天然石膏溶解速率增加，飽和溶解度下降，磷石膏的溶解度小于天然石膏。在飽和石灰溶液中，無論溶解初期和后期，磷石膏溶解度皆小于天然石膏；隨著溫度升高，磷石膏飽和溶解度明顯降低。

溶解度；磷石膏；天然石膏；飽和石灰溶液；水溶液

各種相的石膏在應(yīng)用時，無論作為膠凝組分還是其它組分，在應(yīng)用體系水化時都必須首先溶解于水中，才能參與反應(yīng)，溶解度和溶解速率是不同相石膏性能存在較大差異的主要原因之一[1-2]。石膏用作水泥緩凝劑時，不同種類的石膏對水泥性能的影響主要是由溶解速率和溶解度引起的。如果石膏溶解很慢，則其產(chǎn)生的硫酸根離子不足以引起鋁酸三鈣的緩凝，則其緩凝效應(yīng)降低；在不同品種的水泥中通常都要加入適量石膏以滿足不同要求，水泥中的石膏雖然最終大部分都是與水泥組分中的鋁酸鹽形成鈣礬石，但不同石膏的應(yīng)用效果是不同的，其原因是多方面的，其中影響到水泥性能方面的最主要因素可能是由于各種石膏在水中及石灰溶液中的溶解速度不同，可見溶解性是石膏的一個非常重要的性質(zhì)[3-6]。本文針對不同溫度的純水和飽和石灰溶液中磷石膏和天然石膏溶解度進(jìn)行對比測試，以研究磷石膏中雜質(zhì)對其溶解度的影響。

1　實　驗

1.1原料

磷石膏來源于貴州某磷酸生產(chǎn)廠家，主要成分見表1。

天然石膏：重慶某石膏礦，主要成分見表2。

表1　磷石膏主要化學(xué)成分含量Table 1　Chemical composition of PG　(%)

表2　天然石膏化學(xué)組成Table 2　Chemical composition of NG　(%)

1.2溶解度的測試

將一定量的磷石膏和天然石膏分別置于100 mL分別裝有不同溫度純水和飽和石灰溶液的燒瓶內(nèi)，充分溶解，將燒瓶置于與溶劑相同溫度的介質(zhì)水溶液中保溫，測試不同溶解時間的不同溶液中硫酸鈣的含量。

2　結(jié)果與討論

2.1室溫下磷石膏和天然石膏在純水和飽和石灰溶液中的溶解度

室溫下，磷石膏(PG)和天然石膏(NG)在純水和飽和石灰溶液中的溶解度測試結(jié)果分別見圖1和圖2。

圖1　PG和NG在純水中的溶解度Fig.1　Solubility of PG and NG in pure water

圖2　PG和NG在飽和石灰溶液中的溶解度Fig.2　Solubility in saturated lime solution

從圖1可見，室溫下在純水中，溶解初期， 磷石膏溶解度大于天然石膏，但溶解率的增長速率較慢。到了一定時間，磷石膏和天然石膏溶解率達(dá)到相同，磷石膏溶解率的增長大于天然石膏溶解率，隨著時間增長，磷石膏溶解率的增長率趨于平緩，而天然石膏則繼續(xù)增長。磷石膏的飽和溶解度小于天然石膏。

從圖2可知，在石灰溶液中，無論溶解初期還是后期，磷石膏的溶解度和溶解增長率都小于天然石膏，飽和溶解度也小于天然石膏。

在純水溶液中，溶解初期磷石膏中含有的可溶性雜質(zhì)，如可溶性磷和氟溶解于溶液中，可溶磷的溶解使磷石膏水溶液顯示酸性，對主晶相硫酸鈣起著一定腐蝕效應(yīng)，因此磷石膏溶液中硫酸鈣的溶解度較大；同時，可溶性雜質(zhì)的溶解又使得溶液中離子濃度更容易達(dá)到溶解飽和狀態(tài)，因此硫酸鈣的最終濃度小于天然石膏；在石灰溶液中，由于大量氫氧根和鈣離子的存在，磷石膏中可溶性磷和氟化物與氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶物，不溶物的生成延緩了磷石膏的溶解，且由于石灰溶液中大量鈣離子的存在，使硫酸鈣溶解的鈣離子濃度更容易達(dá)到飽和狀態(tài)，其溶解度降低。

2.2不同溫度下PG和NG在純水和飽和石灰溶液中的溶解度

磷石膏和天然石膏在10 ℃和40 ℃時，于純水中和飽和石灰溶液中的溶解度測試結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

圖3　不同溫度下PG 和NG在水溶液中的溶解度Fig.3　Solubility of PG and NG in pure water at different temperatures

圖4　不同溫度下PG 和NG在飽和石灰溶液中的溶解度Fig.4　Solubility of PG and NG in saturated lime solution at different temperatures

從圖3可見，隨著溫度的增長，兩種石膏在純水溶液中溶解速率增加，達(dá)到飽和溶解度的時間縮短，但天然石膏飽和溶解度和磷石膏的飽和溶解度都隨著溫度升高而下降。磷石膏的飽和溶解度小于天然石膏飽和溶解度，隨著溫度增加，這一差異更明顯。

圖4的測試結(jié)果可見在飽和石灰溶液中，天然石膏和磷石膏飽和溶解度和純水中變化規(guī)律相同，即達(dá)到飽和溶解度時間縮短，飽和溶解度則隨溫度增加而降低。飽和石灰溶液中，磷石膏溶解度隨溫度升高而降低非常明顯。

隨著溫度的升高，硫酸鈣溶解加速，因此其達(dá)到飽和溶解度的時間縮短。由于硫酸鈣是一種隨溫度升高溶解度降低的化合物[4]，因此溫度升高，磷石膏和天然石膏的飽和溶解度都隨之降低。另一方面，在純水溶液中，隨著溫度升高，磷石膏中雜質(zhì)溶解加速，對硫酸鈣飽和溶解度的影響增大，導(dǎo)致磷石膏溶解度下降更明顯；在飽和石灰溶液中，隨著溫度升高，磷石膏中雜質(zhì)與飽和石灰溶液中的氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶物的反應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致磷石膏溶解速率和飽和溶解度下降明顯。

3　結(jié)　論

與天然石膏相比，由于雜質(zhì)的存在，磷石膏的溶解性受到一定影響。在純水溶液中，溶解初期磷石膏的溶解速率和溶解度大于天然石膏，飽和溶解度小于天然石膏。

在飽和石灰溶液中，由于磷石膏中可溶性雜質(zhì)與石灰溶液中鈣離子可能存在的反應(yīng)，雜質(zhì)對磷石膏溶解度的影響程度增大，磷石膏的飽和溶解度明顯下降。

[1]Helen E Farrah, Geoffrey A Lawrance, Erica J Wanless. Solubility of calcium sulfate salts in acidic manganese sulfate solutions from 30 to 105 ℃[J]. Hydrometallurgy, 2007, 86:13-21.

[2]Yang Min, Qian Jueshi. Hydration of Activated Anhydrate Phosphogypsum[J]. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science,2013,28(3):535-538.

[3]孫清臣,楊敏. 磷石膏制備復(fù)相磷石膏煅燒工藝研究[J].中國建材科技, 2013(2):45-47.

[4]陳燕.石膏建筑材料[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2012:30-50.

[5]楊成軍,楊敏，曹建新.半水/無水磷石膏復(fù)相膠凝材料水化硬化特性研究[J].非金屬礦,2014(06):22-25.

[6]吳雨龍.磷石膏資源化利用的研究進(jìn)展[J]. 廣州化工,2012,40(12):44-47.

Study on Solubility of Phosphogypsum*

YANGMin

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China)

The solubility of phosphogypsum(PG) in water and saturated lime solution was determined in experiments carried out at different temperatures at 10 ℃, normal temperature and 40 ℃. The solubility of natural gypsum(NG) was also studied at an attempt to find out differences in solubility between PG and NG due to the effect of impurities. The results showed that in pure water media, PG dissolved more rapidly than NG at early time. The saturated solubility of PG was less than that of NG. With the increasing the temperature of water, the dissolution rates of PG and NG decreased. The saturated solubility of PG was less than that of NG. In saturated lime solution, compared with NG, the solubility of PG was distinctly influenced due to the existence of impurities. With the improvement of temperature, the saturated solubility of PG decreased greatly.

solubility; phosphogypsum; natural gypsum; saturated lime solution; water solution

貴州省科技廳科學(xué)技術(shù)基金項目(黔科合J字[2015]2051號)。

楊敏(1978-)，女，副教授，主要從事固體廢棄物特性及應(yīng)用研究。

TQ177.3

A

1001-9677(2016)015-0062-03