磷石膏的改性及其在新型建材中的应用

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1、粉煤灰综合利用FLYASHCOMPＲEHENSIVEUTILIZATION2016NO．2综述磷石膏的改性及其在新型建材中的应用TheModificationofPhosphogypsumanditsApplicationsinNewBuildingMaterials11，21131徐威，董兵海，宋成杰，吴亚丹，吴翠娥，王世敏(1．有机化工新材料湖北省协同创新中心，武汉430062;2．功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室，湖北大学，武汉430062;3．武汉三源特种建材有限责任公司，武汉430083)摘要:以天然磷矿石为原料湿法生产磷酸产生工业副产物

2、磷石膏。每生产1t磷酸产生近5t磷石膏，我国磷石膏总的排放量近3亿t，这些副产物几乎没有经过任何处理被大量堆积在磷酸厂附近，既占据大量的土地，又引起严重的环境问题。磷石膏的主要成分是石膏，还有磷酸盐、氟化物和有机物等杂质，这些杂质对环境产生负面的影响也制约着磷石膏的应用。文章介绍了磷石膏对环境的影响，详细的论述了磷石膏的理化性质，评析了磷石膏的改性技术及在新型建材中的应用，最后对其存在的问题和发展方向提出观点。关键词:磷石膏;性质;改性;应用+中图分类号:TQ177．375文献标识码:B文章编号:1005-8249(2016)02-0049-05［1］磷

3、石膏是湿法生产磷酸的固体废弃物，全世界等气候的影响对环境造成很大的危害。磷石膏年产量近3亿t。我国每年产生磷石膏近70001磷石膏的理化特性万t，总堆存量超过3亿t，主要分布在湖北、四川、贵州、重庆等地。磷矿石主要由氟磷灰石［Ca10F2(PO4)6磷石膏的性质取决于矿石原料的种类，湿法生产·CaCO3］、针铁矿、磷酸盐、锐钛矿、磁铁矿、重晶石组的形式，工厂运营效率、处理方法，还有磷石膏被堆积［6］成，还有少量重金属微量元素如Cd和Ni，放射性元素的位置和深度。磷石膏通常为黑灰色、灰白色粉238232［2］如U和Th。以磷矿石为原料湿法生产磷酸的副末，主

4、要成分为二水硫酸钙和氟硅酸钠，因矿石原料和产物磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。企业生产工艺的不同磷石膏的化学组成略有差异(见［7］反应式如下:表1)，磷石膏中主要杂质见表2。磷石膏可能还含［8］湿法生产磷酸虽然经济但也排放了大量的磷石有微量金属元素As、Ag、Ba、Cd、Cr、Pb、Hg、Se，这些膏，每生产1t磷酸产生近5t磷石膏。磷石膏的特性主元素对环境造成污染。巴西等地磷矿石中还自然存在［9］要受矿石原料的性质和企业生产工艺的影响。磷石膏相对较高水平的U系列放射性核素，根据矿石的质的主要成分为二水硫酸钙，还有残留的酸、氟化物、微

5、量，磷石膏中放射性核素的量可达到处理前的60倍，226［10］量金属元素和覆盖在石膏晶体表面的有机物［3］。湿最主要的放射性来源于Ｒa。法生产磷酸还会引起天然镭、铀和钍的选择性分离和天然二水石膏为细粒状或块状晶体，其颗粒分布集中:大概80%的226Ｒa集中在磷石膏，而近86%的U较为散漫，颗粒尺度分布范围为20μm～80μm，这取决和70%的Th集中在磷酸［4］。定义废物管理流程和环于矿石的来源和反应条件。磷石膏则不同，其晶体多［11］为针状晶体、板状晶体、密实晶体、多晶核晶体等，境保护时杂质的类型非常重要。磷石膏颗粒呈正态分布，分布高度集中，80μm～

6、全球的磷石膏废产物仅有15%被循环利用在建［12］［5］200μm尺寸范围内的颗粒高达60%。磷石膏的粒筑行业、农业、硅酸盐水泥行业等方面，剩下的85%3子密度为2．27～2．40g/cm，体积密度为0．9～1．7g/没有任何处理，这些磷石膏大量堆积，经过风吹、雨淋3cm。磷石膏呈酸性，pH值为1．5～4．5，含水率较高，收稿日期:2015-10-14一般可以达到20%～25%［13］，粘性较强，微溶于水。·49·粉煤灰综合利用2016NO．2FLYASHCOMPＲEHENSIVEUTILIZATION综述随温度的升高，磷石膏产生晶体结构和性能多样化的脱

7、水产物。105～135℃110～220℃360～100℃在饱和蒸汽或水介质中脱水→α半水石膏→α硬石膏Ⅲ→硬石膏Ⅱ125～180℃290～310℃360～1000℃在干燥空气条件下脱水→β半水石膏→β硬石膏Ⅲ→硬石膏Ⅱ表1湖北省部分产地磷石膏成分比例原料化学成分/%辐射性来源附着水结晶水SO3SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOFP2O5宜昌16．5516．2241．496．780．240．1529．750．120．040．01合格钟祥9．5913．0942．637．520．240．2329．4900．190．13合格襄阳9．8613．5141．27

8、8．290．361．0829．180．060．120．10合格［7］表2磷石膏中