廢渣磷石膏在建材生產(chǎn)中的應(yīng)用解析

王曉龍

（西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院粉體工程研究所 陜西西安 710055）

0 引言

磷石膏是一種工業(yè)廢料，在生產(chǎn)磷酸時(shí)從過濾器中傾倒出來的。每噸磷酸（P2O5）大約釋放4t磷石膏。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國主要磷酸工廠傾倒的磷石膏廢物利用率僅為10%，中小型企業(yè)的廢物使用率只有40%～50%。根據(jù)國內(nèi)的石膏天然資源，積極開發(fā)利用磷石膏副產(chǎn)物、保護(hù)自然資源和開發(fā)符合中國新建筑材料可持續(xù)發(fā)展的新型建材。

磷石膏：指磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦所產(chǎn)生的固體廢渣，它的主要成分是硫酸鈣，主要有灰黑色和灰白色兩種。磷石膏的組成相對復(fù)雜。除了硫酸鈣，還有磷礦、磷酸、氟、不溶于酸的物質(zhì)、有機(jī)物等，氟和有機(jī)物的存在對磷石膏資源的使用影響最大。隨意排放和磷石膏蓄積對環(huán)境造成了嚴(yán)重?fù)p害，不僅污染了地下水資源，而且造成了土地資源的非理性使用。目前，濕法磷酸的生產(chǎn)主要采用二水法。

磷石膏的組成根據(jù)磷礦的來源，磷礦的組成，以及非常復(fù)雜的磷酸的生成過程而不同。比較適合的二水工藝生產(chǎn)雜質(zhì)含量是最高的磷石膏。磷石膏主要雜質(zhì)如下圖1 所示。

1 磷石膏應(yīng)用中存在的問題及解決辦法

1．1 磷石膏的應(yīng)用中有很多問題

磷石膏中含有的部分雜質(zhì)可能是限制使用磷石膏的原因之一。磷石膏可能會腐蝕建筑組件和制造設(shè)備。一些磷石膏中氟鋁酸鹽含量較高，對石膏晶體的形狀、粒子尺寸和純度產(chǎn)生不良影響。磷石膏的鑭系元素來源于磷礦石原料，引起小晶體的生長，但這不利于磷石膏的滲透，增加磷石膏的凈化處理的難度。磷石膏有機(jī)物由脂質(zhì)和一些有機(jī)烷基成分構(gòu)成，它主要以物理吸附的形式分布在石膏晶體的表面。有機(jī)物質(zhì)的存在使產(chǎn)品變得黑暗，硬化結(jié)構(gòu)變得松弛，強(qiáng)度降低。磷石膏放射性標(biāo)準(zhǔn)必須符合《建筑材料放射性核素限量》 的國家標(biāo)準(zhǔn)。由上得知，放射性過高的磷石膏應(yīng)與其它材料混合，以確保混合后生產(chǎn)的建筑材料符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 磷石膏中的主要含有雜質(zhì)

1．2 解決辦法

（1） 研究表明，雖然某一廢物某種成分的含量與環(huán)境輸入之間的關(guān)系是復(fù)雜的，但一般來說，隨著環(huán)境輸入的增加，廢物成分的含量會在不同程度上增加。因此，磷石膏中微量成分的濃度可以通過減少相應(yīng)環(huán)境進(jìn)入成分來控制其微量組分的濃度。磷石膏中微量成分對環(huán)境的輸入主要是通過選擇天然磷礦來減少的。不同生產(chǎn)區(qū)域的磷礦的化學(xué)成分差異很大，因此磷礦的選擇范圍很廣。目前，在選擇磷礦原料時(shí)，主要關(guān)注的是控制有害元素鎘的含量。

（2） 如下表2 所示，磷石膏中微量成分的濃度通過分離技術(shù)降低：磷礦的選擇在很大程度上受到自然地理?xiàng)l件的限制。磷石膏中微量成分的濃度不能僅通過磷礦的選擇來控制，因此需要對磷石膏進(jìn)行預(yù)處理或改性，減少雜質(zhì)的影響，提高產(chǎn)品的性能。

表2 降低磷石膏中雜質(zhì)的化學(xué)分離方法及其效果

2 磷石膏的綜合利用

2．1 硫酸和水泥聯(lián)合生產(chǎn)

通過磷石膏和水泥聯(lián)合生產(chǎn)硫酸的工藝，從硫組分中再生硫酸，以其他組分再生水泥熟料。對于沒有硫磺資源的國家來說，磷石膏在硫酸生產(chǎn)中的應(yīng)用非常重要。磷石膏硫酸合水泥聯(lián)合生產(chǎn)過程中的主要問題是能源消耗高，這使得許多公司寧愿支付磷石膏的污水處理費(fèi)用，也不愿生產(chǎn)硫酸和水泥聯(lián)合生產(chǎn)。

2．2 磷石膏制裝飾材料

化工廢料石膏可制成一種新型石膏裝飾材料，該材料出現(xiàn)灰微帶紅玫瑰，平均容量為1，抗壓強(qiáng)度，它類似于天然大理石建筑和裝飾性能。

2．3 生產(chǎn)石膏刨花板

按照《建筑材料工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限值標(biāo)準(zhǔn)》選用磷石膏，其優(yōu)點(diǎn)有：

①它具有良好的防火、耐候性和耐腐蝕性。刨花板是一種耐火品種，完全符合內(nèi)墻防火要求。

②表面光滑，重量輕，強(qiáng)度高。

③石膏刨花板是用石膏化學(xué)黏合劑作為膠結(jié)劑使用的，沒有污染，沒有毒性。除了上述特征外，石膏刨花板的物理及機(jī)械特性、隔音性、絕熱性也很出色，具有廣泛原材料來源 (工業(yè)副產(chǎn)物)、高生產(chǎn)力和低成本的特征。

2．4 用作水泥緩凝劑

目前，越來越多的水泥公司使用磷石膏而不是天然灰泥作為緩凝劑。但是磷石膏中含有少量的有害雜質(zhì)，含有大量的水分和小顆粒，需要有效的改進(jìn)。通常使用的處理方法主要包括水洗方法、石灰中和方法、煅燒方法和堿性物質(zhì)中和方法和再造顆粒處理等。

目前，磷灰石的改性不僅由水泥公司解決，而且由生產(chǎn)過程中的一些化工廠生產(chǎn)者解決。例如，我國某化學(xué)公司建立了一個(gè)每年生產(chǎn)10 萬t磷石膏水泥緩凝劑的工廠。在生產(chǎn)設(shè)備中，磷石膏在石灰石改性后被制成半水石膏，并與二水石膏混合以達(dá)到造粒率。改性磷石膏水泥緩凝劑可以有效控制磷石膏中雜質(zhì)對凝結(jié)的影響。當(dāng)前磷石膏與天然石膏的價(jià)格差距較大，磷石膏在水泥廠得到了廣泛的應(yīng)用。目前，磷石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑的應(yīng)用正逐步得到推廣。

3 結(jié)語

工業(yè)廢物的磷石膏綜合處理不僅有助于保護(hù)環(huán)境，它也為解決資源短缺問題提供了新的途徑。目前，由于磷石膏中各種雜質(zhì)的影響，磷石膏的利用率仍然很低，磷石膏資源的利用仍然存在各種技術(shù)問題和高昂的工藝成本。為了應(yīng)對這些問題，解決磷石膏資源利用的問題，開拓磷石膏綜合利用的廣泛領(lǐng)域，國內(nèi)外正在積極探討各種各樣的方法。