堿性材料對磷石膏的改性研究

宋子鍵　吳主建　李英丁

摘 要：磷石膏是磷酸或磷肥工業以及某些合成洗滌劑產業排放的工業廢渣。長期堆放的話，由于磷石膏含有磷、氟及游離酸等物質而具有腐蝕性，長期堆存會污染渣場的土壤表層，進而破壞植被及生態環境。由于其內部的雜質成分復雜，性質不穩定，所以世界上還沒有找到一種較為有效的合理利用或處置磷石膏的方法，本試驗采用水泥、灰鈣等堿性材料對磷石膏進行的改性，在石膏抗壓強度沒有受到影響的情況下，有效的調控了凝結時間，使其達到施工要求。

關鍵詞：磷石膏；堿性材料；凝結時間

目前，我國磷肥產量占到世界產量的40%。磷肥工業的迅速發展，使我國農業打破了磷肥供應不足、受制于人的不利局勢。不過，廠區里堆積如山的副產物磷石膏卻已成為一個不容忽視的隱患，困擾著產業的可持續發展。大量堆棄的磷石膏，無疑存在著極大的環境風險，長期堆放的話，由于磷石膏含有磷、氟及游離酸等物質而具有腐蝕性，長期堆存會污染渣場的土壤表層，進而破壞植被及生態環境，許多磷肥廠家為此負擔沉重。目前對磷石膏的應用方向主要是一些建筑砌塊、筑路基以及對鹽堿地的土壤改良等。經過多年的努力，磷石膏的綜合利用達到了20%，但這依然不能解決問題。

隨著干粉砂漿的發展，越來越多的地方開始接受干粉砂漿這一新興建材，在諸多的砂漿品種當中，石膏的應用非常廣泛。那么，如果能把堆積如山的磷石膏加以利用的話，不光能為磷肥企業減輕負擔，消除環境隱患，還能創造巨大的財富，變廢為寶，其產生的綜合效益不可估量。目前，國內外對磷石膏在干粉砂漿領域的應用還未見諸報端，研究成果更是寥寥無幾。因此，該項研究在行業內處于領先地位，具有極大地創新性和應用價值。磷石膏在砂漿中的應用最主要是凝結時間不易控制，在很短的時間內就達到初凝，完全沒有施工時間，文章通過加入堿性材料如水泥、灰鈣等物質對磷石膏的凝結時間進行調控，希望能滿足施工要求。

1 試驗過程：

1.1 試驗原材料

磷石膏：四川宏達建材性，性質參數見表1。

建筑石膏：β型，甘孜州安遠礦業有限責任公司，性質參數見表2。

水泥：拉法基水泥P.042.5。

重鈣：325目，四川江油。

PE蛋白緩凝劑：廣東龍湖科技股份有限公司。

1.2 試驗內容

1.2.1 標準稠度用水量

將石膏式樣按下述步驟連續測定二次。先將稠度儀的筒體內部及玻璃板擦凈，并保持濕潤，垂直放置于玻璃板上。將估計的標準稠度用水量的水倒人攪拌碗中，稱取石膏式樣300g在5s內倒人水中。用拌合棒攪拌30s，得到均勻的石膏漿，然后邊攪拌邊迅速注入稠度儀簡體內，用刮刀刮去溢漿，使漿面與筒體上端面齊平。從石膏式樣與水接觸開始至50s時，開動儀器提升按鈕。待筒體提去后，測定料漿擴展成的試餅兩垂直方向上的直徑，計算其算術平均值。記錄料漿擴展直徑等于（180±5）mm時的加水量，石膏加工設備計算該加水量與石膏式樣質量之比，以百分數表示。取二次測定結果平均值作為該石膏式樣標準稠度用水量，精確至1%。

1.2.2 凝結時間的測定

凝結時間的測定，將石膏式樣按下述步驟連續測定二次。按標準稠度用水量稱量水，并把水倒入攪拌碗中。稱取石膏式樣200g，在5s內倒入水中。用拌合棒攪拌30s，得到均勻的料漿，倒人環模中。然后將玻璃底板抬高約10mm，上下震動5次，用刮刀刮去溢漿，并使料漿與環模上端齊平。將裝滿料漿的環模連同玻璃底板放在儀器的鋼針下，使針尖與料漿的表面相接觸，且離開環模邊緣大于10mm。迅速放松桿上的固定螺絲，針即自由插入料漿中。每隔30s重復一次，每次都應改變插點，并將針擦凈、儀器的鋼針下，石膏磨使針尖與料漿的表面相接觸，且離開環模邊緣大于10mm。迅速放松桿上的固定螺絲，針即自由插入料漿中。每隔30s重復一次，每次都應改變插點，并將針擦凈、校直。

記錄從石膏式樣與水接觸開始，至鋼針第一次碰不到玻璃底板所經歷的時間，即為石膏式樣的初凝時間。記錄從石膏式樣與水接觸開始，至鋼針第一次插入料漿的深度不大于1mm所經歷的時間，即為石膏式樣的終凝時間。取二次測定結果的平均值，作為該石膏式樣的初凝時間和終凝時間，精確至1min。

1.2.3 試驗過程

本試驗首先在按照《GBT17669.4-1999建筑石膏凈漿物理性能的測定》進行建筑石膏和磷石膏的標準稠度用水量和凝結時間的測定，然后加入PE緩凝劑對兩者的凝結時間進行調控，對比兩者的凝結時間，第二步在磷石膏中加入10%的水泥和灰鈣，測定其凝結時間的變化，第三步在磷石膏中按照20%的取代量摻入水泥和灰鈣，測定其凝結時間。

2 試驗結果及討論

2.1 灰鈣的摻入對磷石膏凝結時間的影響

由表3可知，建筑石膏的凝結時間變化為，在摻入0.08‰的動物蛋白緩凝劑PE前初凝時間為6min，終凝時間為15min。在摻入PE后初凝時間延長，變為76min，終凝時間變為83min。可見動物蛋白緩凝劑PE對建筑石膏的凝結時間有很好的緩凝效果，使其凝結時間滿足施工要求。

由表4可知磷石膏21#的初凝時間為8min，終凝時間為14min。加入0.5‰的PE緩凝劑后，見樣品22#，初凝時間延長為31min，終凝時間延長為39min對比12#樣品，可見，PE緩凝劑對12#樣品具有很好的緩凝效果，而對22#樣品的緩凝效果則非常的不理想，無法滿足施工要求，所以磷石膏不能直接使用，需要對其改性。見樣品23#和24#，灰鈣的摻入量分別為10%和20%，PE的摻入量依然為0.5‰，23#的初凝時間延長為58min，終凝時間為67min；24#的初凝時間延長為70min，終凝時間延長為78min。可見加入灰鈣后，PE緩凝劑的緩凝效果大大增加，在23#樣品中基本上已經能滿足施工要求，24#的緩凝效果更佳優異，完全達到施工要求。

摻入0.5‰的PE緩凝劑后，磷石膏的凝結時間有所延長，但很短無法滿足施工要求，在摻入10%和20%的灰鈣后，磷石膏的凝結時間延長的較為明顯，特別是24#樣品，凝結時間達到了施工要求。可見灰鈣對磷石膏的凝結時間的改善效果非常顯著，滿足施工規范要求。

2.2 水泥的摻入對磷石膏凝結時間的影響

由表5可知磷石膏中加入水泥，同樣可以很好地對磷石膏起到緩凝作用。33#和34#樣品，灰鈣的摻入量分別為10%和20%，PE的摻入量依然為0.5‰，33#的初凝時間延長為68min，終凝時間為78min；34#的初凝時間延長為72min，終凝時間延長為84min。可見加入水泥后，PE緩凝劑的緩凝效果大大增加，在33#和34#樣品中已經完全能滿足完全達到施工要求。

小結：相比灰鈣而言，在同樣的摻量下，水泥對磷石膏的緩凝時間更長，效果更好。不過灰鈣在工程中更為經濟，推廣也更為容易。

3 結語

（1）磷石膏由于其凝結時間波動很大，往往會造成速凝，無法直接應用于工程之中，所以必須對其進行改性，在本試驗中往其中加入堿性材料，可顯著改善其凝結時間，使得磷石膏在工程中的應用變為可能。

（2）灰鈣作為一種堿性材料，在摻入量為10%和20%時都能顯著延長磷石膏的凝結時間，滿足施工要求。

（3）水泥作為一種堿性材料，對磷石膏的凝結時間同樣能起到延長的作用，在相同的摻量下，比灰鈣的緩凝作用更加優異，但灰鈣具有更好的經濟性。

參考文獻

[1] 胡成軍.磷石膏水洗凈化試驗及工藝[J].磷肥與復肥，2007（09）：66-67.

[2] 陳嘉懿.預處理工藝對磷石膏性能的影響及作用機理研究[D].武漢理工大學碩士論文，2012.