磷石膏生產(chǎn)紙面石膏板的預(yù)處理研究

叢宏宇, 李 晶

(內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司 內(nèi)蒙古赤峰 024076)

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物,主要成分為CaSO4,不同工藝生產(chǎn)出的CaSO4會(huì)帶有不同的結(jié)晶水。內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司采用二水法生產(chǎn)工藝,生成的磷石膏中的CaSO4以CaSO4·2H2O的形式存在。

目前濕法磷酸工藝副產(chǎn)的磷石膏大都采取堆存的方式進(jìn)行處理,其綜合利用主要是以化工類(生產(chǎn)硫酸銨、硫酸等)、工程建筑類(生產(chǎn)紙面石膏板、石膏砌塊等)以及農(nóng)業(yè)用(調(diào)節(jié)土壤的pH、改良鹽堿地等)為主。內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司濕法磷酸裝置排放的磷石膏主要用于生產(chǎn)紙面石膏板,但因磷石膏中含有的雜質(zhì)較多,在生產(chǎn)紙面石膏板的過程中,存在成品石膏板抗折強(qiáng)度低、初凝和終凝時(shí)間長等問題。本文針對(duì)上述問題,開展了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

1 影響紙面石膏板強(qiáng)度、初凝和終凝時(shí)間的因素

1.1 紙面石膏板生產(chǎn)工藝流程

半水磷石膏具有遇水凝結(jié)并硬化的特點(diǎn),在紙面石膏板生產(chǎn)過程中,二水磷石膏先制成半水磷石膏,再與水反應(yīng)的初步凝結(jié)時(shí)間稱為初凝時(shí)間,全部凝結(jié)的時(shí)間稱為終凝時(shí)間。

采用磷石膏生產(chǎn)紙面石膏板的工藝流程:先將磷石膏炒制為半水磷石膏,然后向半水磷石膏中加入水、淀粉以及其他輔助用料(減水劑、發(fā)泡劑、促凝劑、緩凝劑等)形成混漿,攪拌均勻后送至皮帶,皮帶上下各鋪一層護(hù)面紙,待混漿凝結(jié)后送至烘箱烘干,即得到紙面石膏板[1]。

1.2 影響因素

磷石膏的主要成分除了CaSO4外,還含有硫酸、磷、鐵、鋁、鎂、氟等雜質(zhì),磷又可分為水溶性磷、枸溶性磷以及不性溶磷。磷石膏中的水溶性磷會(huì)影響紙面石膏板的抗折強(qiáng)度,氟會(huì)影響紙面石膏板的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間,溶液酸堿度會(huì)影響石膏再結(jié)晶的狀態(tài)(石膏在合適的酸堿度下結(jié)晶粗大均勻,能提高紙面石膏板的抗折強(qiáng)度)。因此,去除磷石膏中的水溶性磷、氟以及調(diào)整溶液酸堿度等前處理措施,對(duì)提高成品紙面石膏板的質(zhì)量有較大幫助。

2 試驗(yàn)部分

2.1 水溶性磷和氟的去除

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在磷石膏中加入等梯度變化的水,攪拌不同的時(shí)間后過濾,分析磷石膏的pH及其水溶性磷和氟的含量;將處理后的磷石膏制成紙面石膏板,測(cè)定其抗折強(qiáng)度及初凝和終凝時(shí)間。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知,對(duì)磷石膏進(jìn)行加水調(diào)漿處理,能去除23.81%～66.67%的水溶性磷及19.35%～64.52%的氟,可提高紙面石膏板的抗折強(qiáng)度,縮短生產(chǎn)過程中的初凝和終凝時(shí)間。綜合考慮成本以及廢水的處理,控制加水調(diào)漿后的磷石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,攪拌30 min后過濾,此條件下可去除47.62%的水溶性磷及61.29%的氟;過濾后的廢水返回濕法磷酸裝置用于磷礦調(diào)漿,可避免廢水外排。

表1 不同加水量和攪拌時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果

2.2 磷石膏酸堿度的調(diào)節(jié)

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

濕法磷酸工藝副產(chǎn)的磷石膏的pH為3.3左右。在紙面石膏板的生產(chǎn)中,后期半水磷石膏與水反應(yīng)時(shí),要求pH>5,pH≈6為最好,此時(shí)磷石膏的水化結(jié)晶狀態(tài)相對(duì)較好,結(jié)晶相對(duì)粗大且均勻,成品石膏板的抗折強(qiáng)度也會(huì)有所提高。水洗后的磷石膏pH雖有所提高,但仍達(dá)不到生產(chǎn)指標(biāo)要求,所以選擇加入不同量的堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH,然后測(cè)定紙面石膏板的抗折強(qiáng)度變化情況。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)使用加水調(diào)漿并過濾后得到的磷石膏,pH為4.4,加入的堿性物質(zhì)為生石灰。不同生石灰加入量的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可以看出:在加水調(diào)漿后的磷石膏中加入生石灰可以改善磷石膏的pH;加入的生石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%時(shí),紙面石膏板的抗折強(qiáng)度最大,比空白樣增加了0.5 MPa。

3 結(jié)語

(1)對(duì)生產(chǎn)紙面石膏板的磷石膏進(jìn)行預(yù)處理,控制加水調(diào)漿后的磷石膏質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,攪拌30 min后過濾,此時(shí)可去除47.62%的水溶性磷和61.29%的氟;用經(jīng)過預(yù)處理的磷石膏生產(chǎn)紙面石膏板,可提高抗折強(qiáng)度,縮短初凝和終凝時(shí)間;過濾后得到的廢水可返回濕法磷酸裝置用于磷礦調(diào)漿,無廢水外排。

(2)在預(yù)處理后的磷石膏中加入生石灰調(diào)節(jié)pH,可提高紙面石膏板的抗折強(qiáng)度;加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%的生石灰時(shí),紙面石膏板的抗折強(qiáng)度最大,比空白樣增加了0.5 MPa。