磷石膏去雜質方法的研究現(xiàn)狀

(1.安徽理工大學材料科學與工程學院 安徽 淮南 232001)(2.鹽城工學院材料工程學院 江蘇 鹽城 224051)

引言

磷石膏是一種有待于開發(fā)利用的固體廢物，不同于普通的石膏，磷石膏中含有較多的雜質如磷酸鹽、氟化物和有機物質。雖然這些雜質的含量不多，但是對其的應用造成了巨大的阻礙。據(jù)相關調查研究，中國每年的磷石膏產量高達5000萬噸，能被合理利用起來的磷石膏的量卻不容樂觀。本文將對磷石膏去除雜質方法的研究現(xiàn)狀做一個總結并對未來磷石膏的發(fā)展給出自己的想法。

一、磷石膏的主要來源

磷石膏被大量產出的地方主要有兩個：

(一)濕法磷酸產業(yè)

現(xiàn)在應用的比較多的制磷酸的方法是濕法制磷酸，主要方法是用無機酸去分解磷礦石，比較典型的是用硫酸去處理磷礦石，反應方程式如下：

(二)磷肥產業(yè)

在生產化肥產業(yè)中也會伴隨著大量的磷石膏副產品的產出。

二、磷石膏中的雜質

對磷石膏中的雜質進行充分徹底的研究是處理應用磷石膏的第一步。磷石膏中雜質可以根據(jù)雜質性質大致分為四類：磷酸鹽、氟化物、有機物質和其他雜質。磷酸鹽雜質主要包括Ca(H2PO4)2、CaHPO4和Ca3(PO4)2，氟化物主要包括NaF、Na2SiF6、Na3FeF6和CaF2，有機雜質包括乙二醇甲醚乙酸酯等，其他雜質一般是一些重金屬或者帶有放射性的物質。磷石膏同樣也可以根據(jù)其物理性質分為可溶性雜質、難溶性雜質和共晶雜質。

結合相關的研究和已經(jīng)做的實驗，我們發(fā)現(xiàn)真正對磷石膏影響較大的是那些在水中擁有較高溶解度的雜質。在水泥產業(yè)中用磷石膏代替天然石膏當做緩凝劑使用，這些在水中溶解度較高的磷石膏雜質析出的磷酸鹽會與水化反應中產生的鈣離子反應，產生一層磷酸鈣沉淀膜，在阻止水泥水化進行的同時，也會對水泥內部的結構造成破壞，最終影響水泥強度的發(fā)展。對于將磷石膏應用于水泥，還有一類較大的威脅就是那些存在著堿性不穩(wěn)定的雜質，這類雜質在水中的溶解度并不高，但是在水泥水化這類堿性條件下，它的鍵會變得非常脆弱，仍然會在水泥水化的時候析出磷酸鹽或者氟化物影響水泥的凝結和強度。那些在水中溶解度不高的雜質，化學性質較為穩(wěn)定，不容易與外界物質發(fā)生反應，對外界的影響沒有高溶解度的雜質那么大，所以開發(fā)出來的很多的處理方法有很多都是針對其中的高溶解度的雜質。

三、磷石膏中雜質的去除方法

根據(jù)處理方式將雜質的去除方法分為三類，分別是物理法、化學法和熱處理法。

(一)物理法

處理磷石膏雜質的物理法一般包括水洗法、浮選法、篩分法和球磨法等。現(xiàn)在運用較多的較為成熟的是水洗法。水洗法就是根據(jù)磷石膏雜質的物理特性而設計出來的，將威脅最大的可溶性雜質當成主要去除對象，通過水多遍分程序的沖洗，可以將磷石膏中的可溶性雜質去除干凈，這種方法較為簡單除去較為簡單，去除效果也較為理想，但這種方法需要大量的水資源并且那些沖洗后帶著可溶性磷酸鹽，氟化物的廢液的處理又將成為一個難題。而且水洗法針對的是可溶性雜質，那些共晶雜質存在于晶格之間，不會輕易地被水沖走，如果將水洗后的磷石膏運用于水泥產業(yè)，這些殘留共晶雜質仍然會對水泥水化造成一定的影響。Manjit Singh[1]設計出了一種水力旋流器來處理磷石膏，其實質就是用300微米的IS篩對磷石膏進行濕篩分，然后通過控制壓力系統(tǒng)將處理后的磷石膏取出。經(jīng)過水力旋流器濕篩分后的磷石膏制成的石膏板的強度提升了110%左右，去除雜質效果比較理想，而且比較適合商業(yè)化處理。

(二)化學法

化學法主要是加入化學物質，跟磷石膏里面的雜質發(fā)生化學反應達到去除雜質的目的。主要目的是將磷石膏里面的雜質變成可溶性雜質排除掉或者是將里面的活性雜質變成惰性沉淀。現(xiàn)在研究已經(jīng)很成熟的有用石灰水、氨水等堿性溶液來處理。這些處理方法比上面的物理法有著更加好的去除效果，處理的雜質也比較全面。Manjit Singh[2]用氨水處理磷石膏用作水泥產業(yè)，未處理的磷石膏初凝時間為290min，經(jīng)過氨水的處理的磷石膏凝結時間縮短到151min，去除雜質的效果比較顯著。Manjit Singh[3]后來又開發(fā)了用檸檬酸處理，有人做過幾種化學試劑處理同種磷石膏，最后比對處理后的磷含量，發(fā)現(xiàn)檸檬酸的處理效果最理想。檸檬酸有種獨特的優(yōu)勢，其中的酸根不僅僅與那些可溶性雜質、難溶雜質反應，它能和那些在晶格中殘留的雜質反應，他處理的對象比較全面，所以處理的結果也是幾種化學試劑中比較理想的。

(三)熱處理法

熱處理的方法就是用加熱的方法來處理磷石膏，運用的比較多的方法是煅燒法和閃燒法。熱處理法主要針對晶格中的雜質和有機雜質所開發(fā)出來的方法。當加熱到一定溫度的時候，晶格里面的共晶雜質將會被分解出來，有機雜質隨溫度的升高也會被分解。Manjit Singh用煅燒和石灰水來處理磷石膏，在150℃溫度環(huán)境下煅燒30min，然后在用石灰水沖洗，能將水溶性雜質和晶格中的雜質全部去除,去除效果較為理想。但是煅燒帶來的成本比較高，會消耗較多能量。

總結

磷石膏是一種具有巨大應用前景的廢料，現(xiàn)在技術和研究的不足導致其消耗有限導致大量堆積，但如果能將其大量應用起來，將會帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。現(xiàn)在的主要思路還是將其用于水泥產業(yè)，代替部分現(xiàn)在已經(jīng)日益匱乏的建筑材料。磷石膏擁有很好地隔音性能，對于熱傳導也有很好地阻隔效果，將其運用于墻體材料將會是一個很好地選擇。現(xiàn)在需要突破的是如何低成本高效地去處理掉里面的雜質，Manjit Singh等研究給了我們很多啟發(fā)，單一的運用一種處理方法有時候并不能得到想要的效果，可以適當?shù)倪\用兩種或者三種方法來處理，可能會得到意想不到的效果。