摘 要： 对磷石膏原料做不同的预处理, 利用动态水热法制备 α-半水石膏, 通过表征试样的微观晶体形貌、 XRD 以及宏观抗压强度特性, 探索预处理对磷石膏制备 α-半水石膏的影响。结果表明, 利用动态水热法制备 α-半水石膏的时候, 预处理更加 利于磷石膏制备 α-半水石膏, 且采用碱处理的方式, 更加容易制备短柱状的 α-半水石膏晶体, 但是碱性过高, 制备出来的 α-半水石膏水化后的力学性能会有所下降。
摘 要： 对磷石膏原料做不同的预处理, 利用动态水热法制备 α-半水石膏, 通过表征试样的微观晶体形貌、 XRD 以及宏观抗压强度特性, 探索预处理对磷石膏制备 α-半水石膏的影响。结果表明, 利用动态水热法制备 α-半水石膏的时候, 预处理更加 利于磷石膏制备 α-半水石膏, 且采用碱处理的方式, 更加容易制备短柱状的 α-半水石膏晶体, 但是碱性过高, 制备出来的 α-半水石膏水化后的力学性能会有所下降。
磷石膏是生产磷酸的副产物, 主要成分为 CaSO4 ·2H2O,大约每生产 1 t 磷酸就会产生 5 t 磷石膏。大量研究表明, 因为磷石膏中含有大量二氧化硅、 铝、 铁杂质以及含有磷和氟的有机物, 致使磷石膏在应用上面不如脱硫石膏广泛。本章内容主要介绍了采用磷石膏为原材料, 将磷石膏通过一系列的预处理, 采用动态水热法制备 α-半水石膏, 并且与利用脱硫石膏作为原材料制备 α-半水石膏过程进行了对比。
磷石膏: 本次试验采用贵州瓮福集团有限责任公司的磷石膏, CaSO4·2H2O 含量在 85% 以上, 其化学成分分析如表 1 所示, 矿物成分分析如图 1 所示, 晶体形貌如图 2 所示, 将脱硫石膏配置成 20% 的悬浮液时 pH 值为 4. 32。
采用贵州瓮福集团的磷石膏作为原料, 磷石膏经过不同的方式预处理之后, 先将磷石膏与水按水料比 20% 混合制成料浆, 再加入 0. 3% 的 EDTA 转晶剂, 在温度 145 ℃ 下蒸压 4 h,蒸压结束后然后通过真空抽滤机过滤抽滤, 最后将试样放入(40±2)℃的恒温干燥箱中烘干至恒重。
研究表明, 磷石膏经过预处理, 然后制备 α-半水石膏, 能够很大的提升 α-半水石膏的性能。
磷石膏水处理: 将磷石膏中加入水, 水比石膏质量比为3 ∶ 1, 充分搅 5 min 并静置 1 min, 然后倒掉上层的液体, 最后将水洗过的磷石膏放在(40±2)℃ 的鼓风干燥箱中烘干至恒重,其中水洗 1 代表用清水水洗磷石膏 1 次, 水洗 2 代表用磷石膏水洗磷石膏 2 次, 处理后的磷石膏性能如表 2 和表 3 所示。
石灰处理: 直接在磷石膏原料中放入一定量的固体粉末CaO, 其中加入 5% 的 CaO 粉末处理的磷石膏记为石灰处理 1,加入 10% 的 CaO 粉末处理的磷石膏记作石灰处理 2, 处理后的磷石膏性能如表 2 和表 3 所示。
试样的微观性能和宏观性能分别如图 3、 图 4 和图 5 所示。
从制备 α-半水石膏试样的矿物组成来看, 如图 3 所示, 无论是未经过的还是经过水处理的或者利用石灰处理的, 试样中的矿物都有二水石膏和 α-半水石膏。根据峰强度特性来看,经过预处理的磷石膏的在经过动态水热法之后相组成中半水相的成分增多, 而二水石膏的含量下降, 说明磷石膏经过预处理在动态水热法制备 α 半水石膏的过程中, 有利于二水相向半水相的转变。
从晶体形貌上面来看, 如图 4 所示, 未经过处理的和经过处理的磷石膏制备的试样有很大的不一样, 而且经过水处理的和利用石灰处理的也有很大的不一样。未经过处理的试样长径比在(1 ∶ 3) ~ (1 ∶ 11)之间, 而水洗 1 的长径比(1 ∶ 2) ~ (1 ∶ 7)之间, 但是水洗 1 的试样中有很多细碎的晶体, 水洗 2 的试样长径比稍微比水洗1 的试样长径比小一点, 介于(1 ∶ 1) ~ (1 ∶ 6)之间, 而且细碎的晶体较少; 经过石灰处理的试样 1 和试样 2长径比几乎差不多都在(1 ∶ 1) ~ (1 ∶ 2)之间, 但是试样中絮叨状的物质很多。造成上面晶体形貌差异的原因可能是, 磷石膏制备 α-半水石膏是遵从溶解析晶原理, 由于悬浮液介质对有机酸电离作用的影响, 多元有机酸转晶剂在酸性介质中电离程度相对较小, 而在中性或者碱性介质中, 有机酸转晶剂电离程度更大, 所以与钙离子的络合作用更加的明显, 从而在石膏表面的覆盖作用也更加的明显, 故容易形成短柱状的晶体形貌。
强度方面, 从图 5 可以看出, 未经过水洗和只经过一次水洗的磷石膏制备的石膏粉干抗压强度差不多只有 20 MPa 出点头, 而经过两次水洗或者用 5% CaO 做预处理的磷石膏制备的石膏粉干抗压强度有较大幅度的提高, 其强度在 30 MPa 往上,而利用 10% CaO 做预处理的磷石膏制备的石膏粉其抗压强度较水洗两次和 5% CaO 做预处理的又有所下降, 其抗压强度在25 MPa 左右。强度方面差异, 由于小长径比的石膏晶体更加类似于球状, 在标准稠度的情况下, 需要较小的水胶比, 故水化产物孔隙率更小、 强度高。而利用过量的石灰处理的试样虽然长径比较小, 但是抗压强度却很低, 这个可能是因为过多的石灰在体系中形成 Ca(OH)2 存留在石膏表面或者内部, 影响了石膏水化过程中的晶体搭接, 从而降低了体系强度。
(1)采用动态水热法制备 α-半水石膏时, 预处理有利于α-半水石膏形成短柱状的石膏晶体;
(2)碱处理比水洗处理更容易形成短柱状的石膏晶体;
(3)采用石灰处理预处理磷石膏时, 需要根据本来磷石膏的酸度控制石灰的插入量, 不宜将体系的碱度调得更高。
文章作者：陈勇, 张欢, 李楠, 唐永波。
文章来源：
广州化工
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