煅燒磷石膏用作水泥緩凝劑試驗*

譚明洋 相利學,2 李國龍

(1.金正大生態工程集團股份有限公司；2.金正大諾泰爾化學有限公司；3.貴州省磷化工清潔生產工程技術研究中心)

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煅燒磷石膏用作水泥緩凝劑試驗*

譚明洋1相利學1,2李國龍3

(1.金正大生態工程集團股份有限公司；2.金正大諾泰爾化學有限公司；3.貴州省磷化工清潔生產工程技術研究中心)

利用乙炔生產過程中產生的電石渣中和磷石膏，并在400 ℃下煅燒1 h，將此煅燒改性磷石膏用作水泥緩凝劑配制硅酸鹽水泥。與天然石膏對比發現，其作水泥緩凝劑的應用性能與天然石膏無異，且對水泥強度有一定的促進作用，而常見水洗+石灰中和處理磷石膏水泥凝結時間較天然石膏明顯延長，并對其作用機理進行了分析。

磷石膏 堿中和 煅燒 水泥緩凝劑

磷化工生產過程中排出的磷石膏，已經成為制約磷復肥料行業發展的重要因素之一[1]，磷石膏成分復雜、產品不穩定的特點也使其成為化學副產石膏中最難利用的固廢。眾多研究院所對磷石膏的應用投入了大量的人力和物力，取得了突破性的進展，但大都因為凈化成本高、工藝復雜等原因，尚未得到規模化應用。

低附加值產品是磷石膏利用的主要拓展方向，而用作水泥緩凝劑是利用方向之一。據國家統計局公布，2015年全國水泥產量約23.48億t，若按照3%～4%的摻加量計算，每年磷石膏作水泥緩凝劑的用量超過8 000萬t，用量非常可觀。目前，國內外大都采用水洗加堿中和的方式處理磷石膏[2-3]，但此方法不僅浪費大量水資源，且僅能消除水溶性磷氟的影響，不能消除共晶磷的影響，因此與天然石膏相比，其制備的水泥的凝結時間仍然有所延長[4]。為此，試驗采用堿中和+煅燒工藝制備出了應用性能與天然石膏無異的磷石膏水泥緩凝劑產品。

1 磷石膏改性煅燒

電石渣是乙炔氣體生產過程中產生的工業固廢，其主要成分是氫氧化鈣，所用電石渣主要成分分析見表1。利用其有效氫氧化鈣組分對磷石膏進行堿中和處理，陳化1 d后，采用400 ℃煅燒處理，得到煅燒改性磷石膏，具體流程見圖1。常見的水洗+石灰處理方法是將磷石膏經過大量水洗至無漂物，然后調整酸堿度到一定數值。磷石膏改性前后其主要指標含量變化對比見表2。

表1 電石渣成分分析結果 %

圖1 磷石膏煅燒改性流程

由表2可知，采用電石渣加水攪拌混勻可使磷石膏得到有效中和，提高了磷石膏的pH值，使可溶性磷氟變成難溶性物質，消除了大部分可溶性磷氟的影響，而陳化1 d后使該處理過程得到進一步增強；經過煅燒磷石膏發生了相變過程，由二水石膏轉變成無水石膏，而電石渣的摻加使其SO3含量并未提高太多；普通水洗+石灰中和處理，可有效降低可溶性磷、氟含量。

表2 磷石膏改性前后其主要指標含量變化對比

2 煅燒磷石膏對水泥性能的影響

分別采用原二水磷石膏、煅燒磷石膏和常見的水洗+石灰處理樣品作為水泥緩凝劑進行試驗，并與天然石膏進行對比，研究不同磷石膏對水泥性能的影響。控制SO3含量為2.3%，水泥粉磨至比表面積為(350±10)m2/kg，試驗結果見表3，其中對比天然石膏SO3含量為45.5%。

表3 改性前后磷石膏作水泥緩凝劑對水泥性能的影響

由表3可知，煅燒磷石膏凝結時間與天然石膏無異，原磷石膏凝結時間過長，已遠超出國家標準，但強度結果與天然石膏差別不大，而煅燒磷石膏水泥的強度較天然石膏有一定的提高；水洗+石灰處理磷石膏，在凝結時間上比原磷石膏已經相對好很多，但比天然石膏初凝時間延遲70 min，主要是因為水洗和石灰無法消除其中共晶磷和部分難溶氟，在水泥水化過程中，共晶磷以及部分難溶磷、氟會釋放，隨即與水泥水化產生的氫氧化鈣發生反應，生成難溶的氟磷鈣鹽附著在水泥熟料表面，減緩了水泥的水化速度。

采用電石渣作堿性材料可以中和磷石膏中的水溶性磷氟，提高磷石膏水泥緩凝劑的酸堿度，經過400 ℃煅燒，磷石膏在晶體轉變過程中，共晶磷得到有效釋放，在高溫及堿性環境下釋放變成了難溶磷。因此，煅燒磷石膏中磷、氟的形態對水泥的應能產生的影響減小。

圖2 磷石膏煅燒改性前后X射線衍射圖

3 結 論

(1)采用電石渣作堿性材料不僅可以中和磷石膏中的水溶性磷氟，提高磷石膏水泥緩凝劑的酸堿度，同時也解決了電石渣固廢的堆放問題。

(2)磷石膏經過煅燒發生的相變過程是磷石膏可以用作優質水泥緩凝劑的關鍵，此外，在相變過程中還能消除共晶磷的影響，進一步改善磷石膏的應用性能。

[1] 葉學東.磷石膏利用現狀及“十三五”發展思路[C]∥2015中國建筑材料聯合會石膏建材分會第六屆年會暨第十屆全國石膏技術交流大會及展覽會論文集.北京:中國建筑材料聯合會石膏建材分會，2015:25-30.

[2] 周麗娜，周明凱，趙青林，等.不同改性處理方法對磷石膏水泥調凝劑性能的影響[J].水泥，2007(8):16-18.

[3] 吳道麗.磷石膏作為水泥緩凝劑的應用研究[J].環境科學導刊，2008，27(6):76-77.

[4] 呂 潔.改性磷石膏對水泥性能影響的試驗研究[J].水泥，2008(9):4-6.

2016-09-05)

*金正大諾泰爾化學有限公司技術中心創新能力建設貴州省工業和信息化專項資金(編號：2015018)。

譚明洋(1989—)，男，工程師，276700 山東省臨沂市臨沭縣興大西街19號。