磷石膏的特性与开发应用途径
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磷石膏在建筑材料中的应用分析发布时间:2021-09-11T06:40:55.326Z 来源:《基层建设》2021年第17期作者:刘晓惠[导读]贵州贵诚磷石膏有限公司贵州 551100磷酸在现代农业、工业、医学和加工食品等许多领域已经得到了广泛的研究应用,但是在矿物进行大量磷酸堆存制取的利用过程中会直接生成大量的酸性磷酸和石膏,化学分子式为socaso42h2o,其中还可能含有大量游离的二磷酸、氟化物、磷酸盐、p2o5等化学杂质,从而在磷酸堆存利用过程中难免会直接诱发各种环境污染。
为了有效的彻底解决上述这些问题,我国已经开始积极尝试对长期磷酸化石膏材料进行技术改造,使其可以转化而成为现代建筑材料,这样不仅不但可以有效的彻底解决长期磷酸化石膏使用带来的环境污染,而且还甚至可以有效提高对资源的综合利用率。
1磷石膏的特点由于各种磷肥原料生产工艺的巨大差异,磷肥和石膏磷肥可以直接呈现出呈淡黄色、浅黄至灰色或略微黑灰,多表现为细粒或粉状,主要化学成分为含磷氧化钙和少量三氧化硫。
另外它还含有少量的磷酸氟化物和磷化物。
磷石膏胶结晶体多为软质针状体和硬质板状,胶体凝结技术性能和天然的磷石膏浆体相比还仍然存在较大差距,主要技术缺陷之一是石膏浆体胶结需要长一段时间硬化才能完全凝结,并且经过硬化后石膏整体胶结强度明显偏低。
磷石膏原料中的杂质颗粒间隙直径通常为60μm-120μm,颗粒间的直径大小存在正态反向分布的多种特点。
磷石膏一般含有可溶磷,含量和可溶磷量与石膏的作用颗粒间和直径大小有关,颗粒间的直径还大小会直接影响作用到它所需的含水量和它的抗压强度。
特别的这是由于磷酸铁石膏板在存放时有可溶性水和杂质,这会直接严重影响脱水到石膏凝结后的时间。
磷石膏一般呈酸性,ph的酸值通常为2-5,含水量一般可以直接达到15%-20%,具有较强的化学粘性,能直接溶于酸,但是难以地溶于溶解水或醇和乙醇。
不同原料生产工艺下所产生的活性磷酸铁石膏在具体化学性质成份分类方面也也存在一定的性质差异。
磷石膏在高效节能建筑材料中的应用前景磷石膏是一种高效节能的建筑材料,具有广泛的应用前景。
本文将分析磷石膏的性能和特点,探讨其在高效节能建筑中的应用前景。
磷石膏是一种源自于磷矿石的天然资源,含有丰富的磷酸盐,因此具有良好的附着力和耐用性。
磷石膏还具有良好的保水性和排湿性能,可以有效地调节室内湿度。
此外,磷石膏还具有良好的保温性能和隔热性能,可以有效地隔绝外界热量和冷气。
这使得磷石膏在高效节能建筑中具有广泛的应用前景。
首先,磷石膏在墙体中的应用可以有效地提高建筑的保温性能和隔音性能。
磷石膏墙体具有良好的保温效果,可以减少热量的传递和散失,从而减少空调和供暖的能耗。
此外,磷石膏墙体还具有良好的隔声效果,可以减少外界噪音的干扰,提供一个安静舒适的室内环境。
其次,磷石膏在屋顶和地板中的应用可以有效地提高建筑的隔热性能。
磷石膏屋顶和地板具有良好的隔热效果,可以阻挡热量的传递,减少室内温度的波动。
这种隔热效果可以降低空调和供暖的能耗,提高建筑的能源利用率。
此外,磷石膏还可以用于建筑的内装修。
磷石膏板材具有良好的防火性能,可以有效地阻止火势蔓延,提高建筑的安全性。
磷石膏板材还具有良好的装饰性能,可以满足不同风格和需求的室内装饰要求。
另外,磷石膏还可以用于建筑的外立面装饰。
磷石膏外立面具有良好的耐候性和耐久性,可以抵抗外界的风吹雨打和紫外线照射,保持建筑的美观和耐用性。
磷石膏外立面还具有良好的吸音性能,可以减少外界噪音的干扰,提供一个舒适宁静的室外环境。
总的来说,磷石膏在高效节能建筑中具有广泛的应用前景。
磷石膏的保温性能和隔热性能可以有效地降低建筑的能耗,提高能源利用效率。
磷石膏的防火性能和耐久性能可以提高建筑的安全性和耐用性。
磷石膏的吸声性能和降噪性能可以提供一个舒适安静的室内外环境。
因此,磷石膏在高效节能建筑中的应用前景非常广阔。
然而,磷石膏的应用和推广还面临一些挑战。
首先,磷石膏的生产和加工技术需要进一步改进和提高,以减少能耗和环境污染。
磷石膏是磷铵生产过程中形成的副产物。
每生产1kg的磷铵可排放3kg的磷石膏。
利用磷石膏改良盐碱土需要注意一下问题:第一,用量不能过多,因磷石膏里含有氟和重金属,以免造成污染。
第二,低氟区,使用量不宜过高,一般为3000~4500kg/hm2,不宜连年用。
第三,最好与有机肥混合使用,因有机肥对氟有吸附作用。
第四,因过石磷铵中含氟量较高,同一块最好不与磷石膏合用。
市农科院高度重视改良盐碱地工作,近几年在采用磷石膏改良盐碱地方面做了大量的试验,今年根据试验田盐碱化问题进一步做了磷石膏改土方面的试验。
4月23日调运磷石膏200吨,在新址科技园区亩施入2吨磷石膏,改良100亩耕地。
科技人员将磷石膏均匀铺散于地表,结合土壤旋耕磙地,翻入0-40cm耕层,使之与土壤充分混合后,于播前灌水,全面进行盐碱地改良。
3月4日,临河区乌兰图克镇新胜村七组村民早早来到地头,在区农业局工作人员的指挥下,忙着用四轮车将磷石膏往自家田里运。
乌兰图克镇新胜村土地盐碱化严重,直接影响到农作物的保苗率和产量,制约着农业生产。
为此,农技推广中心按照上级安排,对临河区盐碱化耕地面积较大、盐碱化程度较高的新华、狼山、白脑包、乌兰图克、干召庙5个乡镇,实施盐碱地改良,通过施用磷石膏和有机肥,实现土地改碱降盐、培肥地力,提高耕地质量。
临河区农技推广中心的工作人员告诉记者:“利用磷石膏改良盐碱地,是我们多年摸索出来的经验。
今年,主要在北部几个乡镇进行项目推广。
耕地使用磷石膏,可以有效改善土地盐碱化程度,改良土壤结构,提高盐碱化耕地上种植葵花的保苗率和产量达10%以上,实现增产增收。
”村民巩世芳家里有80亩耕地,近一半是盐碱地。
“往年这好地、赖地种的都是葵花,明显的就能看出来盐碱地里的葵花长得就不如好地里的。
听其他村民说去年在六组用磷石膏改良盐碱地,效果挺明显,我们也挺想试试。
这不,今年推广中心把这个项目放在我们组,把磷石膏给我们拉到田间地头,不用我们花一分钱,真是太好了。
重视磷石膏的综合利用促进磷肥工业可持续发展中国磷肥工业协会张永志一、我国磷肥工业概况化肥是粮食的食粮,农业部门提供的试验资料表明,施用化肥对我国粮食增产的贡献率为40%。
磷肥与氮肥、钾肥是作物不可或缺的三大化学肥料,是保证国家粮食安全的重要物资。
建国以来,我国磷肥工业经历了从无到有、从小到大、从低浓度单一养分到高浓度磷复肥的发展历程。
特别是“十五”以来取得了举世瞩目的成绩。
2005年磷肥产量1125万吨(P2O5,下同),超过美国,居世界第一位。
2006年产量1210万吨,基本实现了自给。
2007年磷肥产量1351万吨,达到了自给有余,国产磷肥自给率118%。
进口磷肥大幅减少,出口量大幅增加,全年净出口磷肥209万吨。
磷肥产品结构显著改善,1990年我国高浓度磷复肥产量占磷肥总产量的比例不到5%,2007年达到73.4%。
自主创新能力不断增强,技术装备的大型化、国产化取得了突破性进展。
二、磷肥工业副产磷石膏现状磷石膏是硫酸萃取磷矿制磷酸的副产物,生产1吨磷酸(以100%P2O5计)副产磷石膏约5吨。
磷石膏呈酸性,主要成分与天然石膏一样,主要由CaSO4.2H2O,组成,并含有少量的氟化合物、酸不溶物、磷酸残液等杂质。
我国磷矿中重金属和放射性元素含量很少,因此,磷石膏中重金属和放射性物质很低。
磷矿中重金属含量比美国佛罗里达、摩洛哥、约旦等磷矿低7-10倍。
我国磷石膏的排放量随着高浓度磷复肥产量的提高而大幅度增加,环保压力也越来越大。
2000年副产约1100万吨,2007年排放量超过了4000万吨。
一些重点磷肥企业的排放量都在100万吨/年以上,瓮福、开磷、云南三环、富瑞等企业超过了300万吨/年。
预计到2010年,全行业副产磷石膏约5000万吨/年。
堆存这些磷石膏不仅占用大量土地,而且易造成环境污染,越来越受到环保部门的关注。
特别是江、河、湖、海沿岸,旅游点等环境敏感地区的企业,环保压力越来越大,搞好磷石膏的综合利用和无害化处理成为磷肥工业可持续发展的关键。
磷石膏的特性及其在新型建筑材料中的应用现状作者:郑黔粤来源:《砖瓦世界·下半月》2019年第10期摘要:近些年来,国家的各大产业逐渐的在发展,磷石膏的排放量逐渐在增大,磷石膏可以通过处理进行使用,是在磷酸中提炼出来的。
可以本文主要研究磷石膏的特性,对于磷石膏的特性以及在新型建筑材料的应用进行深入的分析,为了提升磷石膏使用效率,提出一些相关性的建议,望对相关的工作人员具有一定的参考意义。
关键词:磷石膏;新型建筑材料;改性技术;应用磷石膏是磷酸中存在的一种物质,需要进一步的提炼,是一种固态的物质,是Phospho Gypsum的中文简称。
CaSO4·2H2O是磷石膏中成分占据最多的成分,磷石膏的颜色主要是灰白色,部分是灰黄色以及浅绿色等,一般都是粉末状,但是磷石膏的提取需要进行一个复杂的过程,其中在一吨的磷酸能够生产出4.8~5吨的磷石膏,磷石膏中还存在放射性的元素。
例如,铜、铁、锌以及锰等,磷石膏可以在新型的建筑材料进行使用,但是在实际的应用中,好存在一些问题。
由于国家农业的发展,磷肥产生的量十分的大,磷石膏会占据很大的面积,磷石膏的大量的积压,会对于当地的环境造成很严重的影响。
一、磷石膏的物化特点磷石膏是粉末状,大多数是黄白色的,磷石膏中含有的物质很多,例如,五氧化二磷、酸不溶物以及二氧化硅等有机的物质。
磷石膏也有晶体的形式,晶体类型的磷石膏没有天然的石膏的具有优势,由于浆体凝结的时间过长,晶体的硬度就较低。
据很多的相关数据显示,磷石膏可以不断的进行增加,磷石膏中含有大量可溶磷,共晶磷的含量会随着磷石膏的颗粒的变化而变化。
磷石膏的可溶性杂志会影响凝固的时间。
磷石膏如果呈酸性,就会含水量较高一点,会达到20%~25%左右,粘度就会较高。
相关的不同产业的需求是不同的,磷酸生产的程序就会不同,相关的程序需要专业的人才进行操作,要严格的按照相关的流程进行,能够充分的保障磷石膏的粘度。
磷石膏特性浅析随着社会对土地和水资源保护呼声的增加,传统堆存的处理方式已经制约了磷化工企业的发展,只有解决好磷石膏的进出平衡才能使企业的发展可持续,为解决好磷石膏的综合利用问题,笔者对磷石膏的特性进行了粗浅的分析。
1 磷石膏的物理特性磷石膏是化工厂用磷灰石与硫酸作用,湿法产生磷酸时的工业副产物。
磷石膏外观为黄白色、浅灰白色或黑灰色细粉状固体,主要成分为CaSO4·nH2O,其质量份数通常在85%以上。
理论上讲,与天然石膏一样,工业废渣磷石膏也存在七种矿物相,有CaSO4·2H2O、–CaSO4·0.5H20、β–CaSO4·0.5H20等。
与天然石膏相似,磷石膏一般含游离水20%-30%。
根据湿法磷酸生产工艺的不同,磷石膏结晶有二水化合物(CaSO4·2H2O)、半水化合物(CaSO4·0.5H2O)等形态。
通过实验室常规测定,磷石膏呈灰白色,局部呈黄色和灰黄色,有较强的酸性,松散容重0.85g/cm3,孔隙比1.0~3.5,渗透系数2.8~3.2×10-4cm/s。
其为多组份的复杂结晶体,含结晶水19~25%,附着水4%~12%,液限52%,塑限32%。
2 磷石膏化学与矿物成分对于磷石膏等成分测定,采用SIEMENS D500型X衍射分析仪进行测定,仪器工作电压和电流为40kV 和30mA ,扫描速度(2θ)= 40/min。
磷石膏的主要组成是二水硫酸钙,此外还有一定量P2O3、F-、Fe2O3、有机质、未分解的磷矿粉和酸性不溶物等,其具体的化学成份见表1。
表1 磷石膏的化学成份(%)成份SiO2 Fe2O3 MgO CaO SO3 P2O5 F- 结晶水其它含量(%) 3.52 0.25 0.89 30.68 41.64 2.03 0.63 19.950.413 磷石膏的微观晶体结构3.1 针状晶体晶体的尺寸大小为:长80~500 、宽20~100 ,厚5~10 ,长宽比约4~5。
磷石膏一类固废标准
摘要:
I.磷石膏的概述
- 磷石膏的定义
- 磷石膏的产生
II.磷石膏的处理和利用
- 磷石膏的处理方法
- 磷石膏的利用途径
III.磷石膏标准的制定
- 磷石膏标准制定的意义
- 磷石膏标准的具体内容
IV.磷石膏标准的实施
- 磷石膏标准实施的重要性
- 磷石膏标准实施的挑战和解决方案
正文:
磷石膏,是湿法磷酸生产过程中产生的一种固体废物,其中含有大量的磷、氟等元素。
由于磷石膏具有较高的环境风险,因此必须对其进行合理处理和利用。
为了规范磷石膏的处理和利用,我国制定了一系列磷石膏标准。
首先,磷石膏的处理方法主要包括物理处理和化学处理。
物理处理主要是通过物理方法将磷石膏中的可溶性物质去除,例如干燥、筛分、磁选等。
化学处理则是通过化学方法将磷石膏中的有害物质转化为无害物质,例如硫酸钙、
磷酸钙等。
其次,磷石膏的利用途径主要包括农业利用、建筑材料利用等。
农业利用主要是将磷石膏作为肥料使用,其中含有丰富的磷、氟等元素,可以提高土壤的肥力。
建筑材料利用则是将磷石膏作为建筑材料,例如制作水泥、砖块等。
我国磷石膏标准的制定主要包括两个方面,一是磷石膏的处理和利用技术标准,二是磷石膏的环境保护标准。
其中,处理和利用技术标准主要包括磷石膏的分类、术语、技术要求、检测方法等。
环境保护标准则主要包括磷石膏的环境影响评价、环境保护措施等。
磷石膏标准的实施对于规范磷石膏的处理和利用具有重要意义。
然而,标准的实施也面临着一些挑战,例如磷石膏的处理和利用技术不够成熟、相关政策法规不够完善等。
磷石膏综合利用行动方案目录一、内容概述 (2)1.1 编制背景 (3)1.2 编制目的与意义 (4)二、现状与问题分析 (5)2.1 磷石膏的产生与排放情况 (6)2.2 磷石膏综合利用的现状 (6)2.3 存在的问题与挑战 (7)三、总体要求 (8)3.1 基本原则 (9)3.2 主要目标 (9)四、重点任务 (10)4.1 技术创新与研发 (11)4.1.1 磷石膏提纯技术 (13)4.1.2 磷石膏转化为建筑材料技术 (13)4.1.3 磷石膏用于土壤改良技术 (14)4.2 产业化推广与应用 (15)4.2.1 产业链协同发展 (16)4.2.2 示范工程与基地建设 (17)4.2.3 产能提升与优化 (18)4.3 政策支持与引导 (19)4.3.1 财政补贴与税收优惠 (20)4.3.2 金融支持与服务 (21)4.3.3 制度保障与创新 (22)五、保障措施 (23)5.1 组织协调与管理 (24)5.1.1 设立专门的工作小组 (25)5.1.2 制定实施计划与分工 (26)5.2 技术创新与人才培养 (28)5.2.1 加强技术研发团队建设 (28)5.2.2 培养和引进高端人才 (30)5.3 宣传推广与示范引领 (31)5.3.1 开展宣传活动与培训 (32)5.3.2 建立示范项目与基地 (33)六、附则 (33)6.1 方案实施与监测评估 (34)6.2 方案调整与更新 (35)一、内容概述磷石膏综合利用行动方案旨在全面提高磷石膏资源利用效率,减少环境污染,促进绿色可持续发展。
本方案围绕磷石膏的产生、处理、利用等方面,提出了一系列切实可行的政策措施和措施,旨在推动磷石膏的综合利用。
磷石膏的产生及现状:描述磷石膏的产生途径、产量及主要应用领域;分析当前磷石膏处理和利用的现状及存在的问题。
磷石膏综合利用的目标:明确磷石膏综合利用的总体目标,包括资源利用率、环境影响改善等方面。
磷石膏井下填充技术的应用与前景一、引言磷石膏作为一种常见的工业副产品,其处理和利用问题一直是环保和资源循环利用的重要课题。
近年来,随着技术的进步和应用领域的拓宽,磷石膏井下填充技术逐渐成为解决这一问题的有效途径。
本文将详细介绍磷石膏井下填充技术的原理、优势及应用,并展望其未来发展前景。
二、磷石膏井下填充技术原理磷石膏井下填充技术是指将磷石膏通过特定的工艺处理,制成适用于井下填充的浆料,然后将其注入到废弃的矿井或采空区中,以达到治理和利用的双重目的。
具体来说,该技术包括以下几个步骤:1. 磷石膏预处理:对磷石膏进行破碎、筛分和干燥等预处理,以满足后续工艺的要求。
2. 制备浆料:将预处理后的磷石膏与适量的水和其他添加剂混合,制备成具有一定流动性和稳定性的浆料。
3. 井下输送:通过管道将浆料输送至目标矿井或采空区。
4. 填充与固化:将浆料注入到矿井或采空区的空洞和裂隙中,通过自然沉淀和固化过程,形成稳定的填充体。
三、磷石膏井下填充技术优势1. 环保效益:磷石膏井下填充技术可以实现废弃物的减量化、无害化和资源化利用,有效避免磷石膏堆存带来的环境问题,降低对土地资源的占用和对水资源的污染。
2. 经济效益:通过将磷石膏用于井下填充,可以为企业节省处理成本,提高资源利用率,同时减少新材料的开采和消耗,降低生产成本。
3. 安全效益:磷石膏井下填充技术可以有效改善矿井的地质环境,减少地质灾害的发生,提高矿山的安全生产水平。
4. 社会效益:该技术可以促进区域经济的发展和就业的增加,推动循环经济的形成和发展,提高社会的可持续发展水平。
四、磷石膏井下填充技术应用案例以某磷矿为例,该企业采用磷石膏井下填充技术对废弃矿井进行治理和利用。
经过预处理和浆料制备后,将磷石膏浆料注入到矿井中。
经过一段时间的自然沉淀和固化,矿井的空洞和裂隙得到了有效的填充,形成了一个稳定的填充体。
这不仅解决了磷石膏的堆存问题,还改善了矿井的地质环境,提高了矿山的安全生产水平。
生产复合磷肥和磷酸盐均需要磷酸,而湿法生产磷酸必将产生大量的废渣——磷石膏。
磷石膏是一种酸性废弃物,多呈灰白色、黄色和灰黄色,为多组分复杂晶体结构,主要成分是二水硫酸钙(CaSO42H2O),还含有多种杂质以及少量的铜、锌、铅、镉、砷、汞等。
磷石膏的产生量与磷复肥的生产量呈正相关,每生产1 t磷肥(以P2O5计)将产生4.5~5.5 t磷石膏。
磷肥生产的主要原料是磷矿石,我国80%以上的磷矿石资源、70%以上的磷化工生产企业分布在长江流域。
2017年长江经济带磷矿石产量占全国的98%以上;2018年,全国近87%的磷肥来自长江经济带,而该区域的磷石膏产生量约占全国的83%,达6 608万t/a,磷石膏利用率仅为39%,每年新增磷石膏超4 000万t。
磷石膏产量排在前五位的省份是湖北、云南、贵州、四川和安徽,合计约占全国总量的87.4%。
“十三五”期间,我国磷石膏的年产量为8 000万~8 500万t,约占全球总量的40%。
磷石膏产量大、综合利用率低、堆存量巨大是我国磷石膏企业面临的严峻现状。
据统计,目前磷石膏堆场规模已超过3亿t。
大量磷石膏堆积在地表,因淋滤、风化等作用,有害物质随雨水溢出,会对周边土地和水体造成严重污染。
如何安全处置及资源化利用磷石膏,形成规模化效应,是目前亟待解决的难题。
本文调研了近10年来国家出台的磷石膏处置相关政策,随着2018年“无废城市”建设的提出和2020年《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的制定实施,2021年又密集出台了多项磷石膏等大宗固废处置政策。
在充分调研国内外磷石膏研究最新成果的基础上,总结了磷石膏安全处置和综合利用技术,并提出磷石膏资源化利用相关建议,以期为磷石膏高效绿色处置提供参考。
1 政策解读磷石膏作为工业副产石膏的主要来源之一,也是主要大宗固废之一,备受各级政府的关注,尤其是近年来国家对大宗固废的处理处置与资源化利用的高度重视,出台了一系列相关政策,为磷石膏等大宗固废的处理处置指明了方向。
磷石膏材料化综合利用研究进展磷石膏是一种含磷废弃物,主要由磷矿石的提取过程中产生。
在过去,磷石膏大部分为掩埋处理,造成了严重的环境污染。
然而,磷石膏具有许多有价值的物质,包括氟、硫、铝、镁、钙等,使得磷石膏的综合利用成为研究的热点。
本文将重点介绍磷石膏的材料化综合利用研究进展。
1. 磷石膏在水泥中的应用磷石膏能够广泛应用于水泥生产中。
通过将磷石膏加入到硬化水泥中,可以提高水泥的强度和抗压性。
此外,磷石膏还可以用作水凝胶和生物材料的添加剂,具有有利的材料工程特性。
研究表明,加入磷石膏的水泥具有较高的早期强度和抗压强度,而且还能够减少水泥的用量和混合时间,是一种高级的添加剂。
2. 磷石膏在石膏板等建材产品中的应用磷石膏可以作为替代天然石膏的原料,制成石膏板、石膏保温板、轻质石膏板等建材产品,具有轻质、隔音、防火、环保等特点,是一种可持续的建材产品。
研究表明,磷石膏板具有与天然石膏板相同的物理和化学特性,可以应用于室内隔墙、天花板和外墙保温等领域。
3. 磷石膏在环境修复中的应用磷石膏含有高浓度的磷、氟等有害物质,过量排放会导致水资源的污染。
因此,利用磷石膏进行环境修复是研究的重要方向。
研究表明,磷石膏可以用于污水处理、土壤修复和水体修复等领域。
将磷石膏加入到污水处理系统中,可以降低氮、磷等有害物质的浓度,提高处理效率。
将磷石膏和有机火炬燃烧残渣混合,可以制成一种高效的污染物吸附剂,能够有效去除土壤中的有害物质。
4. 磷石膏在生物技术中的应用磷石膏具有高浓度、低溶解度和独特的化学结构,是一种理想的生物材料。
磷石膏可以作为菌群定植材料、生物吸附剂和微生物费用剂等,具有重要的应用价值。
研究表明,磷石膏中含有丰富的磷酸盐和氟化物等矿物元素,可以作为微生物代谢的重要营养物质,使得微生物的生长速度和代谢能力得到增强。
总之,磷石膏作为一种有价值的废弃物,在环境保护、建材生产和生物技术等领域的应用前景广阔。
然而,当前在磷石膏的综合利用中仍然存在一些问题,如研究不够深入,生产技术不成熟、应用范围不广泛等,需要继续进行研究与探讨。
磷石膏在建筑材料的应用磷石膏在建筑材料的应用具体内容是什么,下面下面为大家解答。
磷酸在农业、工业、医学和食品等领域得到了广泛的应用,但是在进行磷酸制取的过程中会生成大量的磷石膏,化学分子式为CaSO4•2H2O,其中还含有游离磷酸、氟化物、磷酸盐、P2O5等杂质,从而在堆存过程中难免会诱发环境污染。
为了有效的解决上述问题,我国开始尝试对磷石膏进行改造,使其转化为建筑材料,这样不仅可以有效的解决磷石膏带来的污染,而且还可以提高资源的利用率。
1磷石膏在建筑材料中的应用1.1用作建筑胶结料实际上,在进行建筑胶结料生产过程中,磷石膏是不可或缺的原材料,煅烧后可以按照预处理条件的差异划分为α和β两种类型的半水石膏,其能够代替天然石膏制造墙板、瓷面装饰材料、石膏灰泥、加压石膏纤维板、建筑腻子及装饰吸声板等建筑材料。
上述所提及到的预处理方法主要是指先对其进行水洗,然后借助一定的手段出去其中的可溶性氟、酸、有机物和金属离子等,该过程中会产生大量的废水,不仅对周围的环境造成一定的污染,而且还会增加企业的经济负担。
为了有效解决上述问题,可以用未处理的粉煤灰、石灰、磷石膏及其他材料根据一定的比例制作成一定浓度的料浆,注入预先设计好的模具中成型,然后经过蒸养、脱模、烘干、自然养护等操作就可以转化为成品。
该方法所得到的新型胶结材属于水硬性胶结物,其是以硅酸钙凝胶为粘结剂,以三硫型钙矾石为基本结构骨架,主要用于建筑吊顶或内隔墙板等非承重结构内隔墙板。
1.2用作水泥缓蚀剂如果把未经预处理的磷石膏直接进行水泥的生产,将会导致水泥的凝结时间存在过短或过长的现象,而且还会对水泥的早期强度产生一定的影响,造成石膏下料仓出现结块堵塞现象,很难在现代化的水泥生产得到广泛的应用。
为了解决上述问题可以把石灰、磷石膏混合陈化,然后在107~170℃条件下对其进行20~40min的焙烧,最后把焙烧后的物料进行高压成型机挤压处理,就可以得到与天然石膏相似的球状或块状形态,其不仅满足了现代水泥工艺的生产要求,而且能够实现连续稳定的生产,有效的提高了水泥的质量。
磷石膏的特性与开发应用途径卓蓉晖(武汉理工大学材料研究与测试中心,武汉430070)
摘 要:介绍了磷石膏的特性、杂质种类及其对性能的影响。综述了我国磷石膏开发应用途径及应用现状。关键词:磷石膏,磷石膏特性,磷石膏开发利用
中图分类号:X78115 文献标识码:C 文章编号:1003-1324(2005)01-0046-04
磷石膏是磷肥、磷酸生产时排放出的固体废弃物。生产1t磷酸约产生4.5~5t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t,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键。磷石膏主要由CaSO4・2H2O构成,是一种重要的再生石膏资源。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膏建材的生产。目前国内对磷石膏的应用进行了大量的研究,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CaO和SO3,同时含有P2O5、F、Al2O3、Fe2O3、SiO2、有机物等杂质及少量铀、镭、镉、铅、铜等元素。磷石膏主要以针状晶体、板状晶体、密实晶体、多晶核晶体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,这主要与磷酸生产工艺条件的控制及磷矿石的品种有关。我国磷酸生产以湿法生产为主,通过硫酸分解磷矿石生成萃取料浆,然后过滤洗涤制得磷酸,过滤洗涤过程中同时产生磷石膏。其反应式为:Ca5(PO4)F+5H2SO4+10H2O→3H3PO4+5CaSO4・2H2O+HF。在磷酸生产过程中,部分磷矿石未分解、磷石膏洗涤过滤过程不完全以及生产过程中添加的添加剂是磷石膏中含有磷、氟等多种杂质的原因,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,制约了磷石膏的使用。1.1 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,可溶磷对磷石膏性能影响最大。1.1.1 可溶磷磷石膏中的可溶磷由磷酸引入,磷酸电离产生H3PO4、H2PO4-、HPO42-、PO4
3-四种形态,磷石膏
中可溶磷主要为H3PO4、H3PO4-、HPO42-三种形态。可溶磷的含量取决于磷石膏的洗涤过滤工艺,
一般为0.4%~0.8%。可溶磷在磷石膏中分布不均匀,含量随磷石膏颗粒度的增大而增大。可溶磷被磷石膏中的二水石膏晶体所吸附,分布于二水石膏晶体表面,水化时可溶磷与溶液中Ca2+反应生成难溶的Ca3(PO4)2附着于石膏表面,阻碍石膏的进一步溶出和水化,使磷石膏凝结时间延长、结构疏松、强度降低。工艺上可采用筛分、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 共晶磷共晶磷是由于HPO4-同晶取代部分SO42-进入CaSO4晶格而形成的。共晶磷的含量受磷酸生产中萃取工艺条件的影响,一般约为0.2%~0.
8%,含量随磷石膏颗粒度的增大而减小。水化过程中,共晶磷从晶格中溶出,与溶液中Ca2+反应生成难溶的Ca3(PO4)2阻碍半水石膏水化,使二水石膏・64・2005年第1期欢迎登陆 山东建材信息网http://www.sdjc.cn
晶体粗化,强度降低。只有在800℃下煅烧磷石膏才能使共晶磷转变成惰性的焦磷酸盐。1.1.3 难溶磷难溶磷主要为Ca3(PO4)2,含量约0.6%~1.4%,主要存在于磷石膏粗颗粒中,对性能影响较小。1.2 氟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,以可溶氟NaF和难溶氟CaF2、Na2SiF6两种形式存在。影响磷石膏性能的是可溶氟,可溶氟有促凝作用,但当其含量超过0.3%时,会显著降低磷石膏的强度。可通过水洗工艺消除可溶氟。磷石膏中的氟还对环境造成危害。有研究表明,新产出磷石膏的浸出液中氟的含量高于国家标准要求的最高允许值,属于危险废物。在堆场中存放一段时间后,一部分氟会因降雨淋溶而流失,一部分氟与磷石膏中的Ca2+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氟会渗入堆场周围的水体中,使水中氟浓度过高,造成环境污染。1.3 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入的有机添加剂,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。研究表明,磷石膏中的有机物为乙二醇甲醚乙酸酯、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等。含量随磷石膏颗粒度的增加而增大,分布在二水石膏晶体表面,使磷石膏胶结材需水量增加,削弱了二水石膏晶体间的接合,使硬化体结构疏松,强度降低。水洗、浮选法和800℃煅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、铜等元素来源于磷矿石。铀、镭属于放射性元素,如果磷矿石中放射性元素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放射性元素的方法,因此磷石膏也带有一定的放射性。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全范围内即可。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膏的应用研究起步较晚,目前磷石膏的利用主要有以下几个途径:(1)通过对磷石膏的预处理改性,使其能代替天然石膏应用于水泥、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2.1.1 作为水泥的矿化剂在水泥生产中,在生料中掺入适量的SO3和F
-组分可起到良好的矿化作用,使二氧化硅活化,降低液相形成温度,减小液相黏度,通过低温中间相的形成使C
3S在较低温度下形成,
改善熟料的矿物组
成。同时熟料中含有少量的P
2O5(一般不超过
0.5%)对C3S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%,并含有少量P
2O5和F-,
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位通过实践证明,磷石膏的矿化作用略优于天然石膏,用磷石膏作矿化剂可提高产量,降低能耗,提高水泥熟料的质量,降低熟料的烧成温度。2.1.2 用作水泥缓凝剂天然石膏加入水泥熟料中可调节水泥的凝结过程,是水泥缓凝剂的主要原料。磷石膏中的P2O5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、石灰中和煅烧法及用碱性物质中和后再造粒等,根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,在增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煅烧可生产建筑石膏,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・74・ 《山东建材》2005年第1期膏板、石膏空心砌块等石膏制品的生产线,投资少、见效快、经济效益好,市场前景广,是磷石膏利用的有效途径。2.3 利用磷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硫酸联产水泥工艺。这一工艺是将磷石膏、焦炭、黏土及砂岩、氧化铁、氧化铝等辅助剂放在回转窑中反应,反应温度900~1100℃,CaSO4在焦炭的作用下还原分解并与辅助剂反应形成水泥熟料,同时生成的SO2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、红壤旱地的土壤改良剂。直接施用能降低土壤的pH值,有效地改善土壤农化性状,磷石膏中的Ca2+与土壤中的Na+离子交换可以使钠-黏土变成钙-黏土而改善土质,提高土壤渗水性,防止表皮结壳,有利于植物生长。磷石膏也是酸性心土层的改良剂。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Cl-、Na+等土壤有害离子明显减少,随磷石膏用量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、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。磷石膏与尿素混合可制成长效氮肥,由于磷石膏对尿素具有抑制作用,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%。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高。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含量比未施用的略有增加,但并未超标。科学合理的安排使用周期及用量是安全使用的保证。
3 磷石膏应用现状与展望目前,世界各国都已认识到磷石膏对环境的危害及磷石膏的可利用价值,加大了开发利用的研究力度,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、硫酸铵并联产硫酸钾铵和氮磷钾复合肥料,以及修筑公路路堤、与混凝土混合制石膏基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膏而采用磷石膏作缓凝剂,许多磷酸企业都将磷石膏当作产品对待,非常重视其质量,并取得了较好的经济效益。我国磷石膏的利用率较低,每年仅约50
万t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影响,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利用,同时,我国天然石膏资源丰富,