【冠亞技術(shù)CS-001石膏水份快速測(cè)定儀】磷石膏是磷酸和磷酸鹽肥料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，在很多領(lǐng)域都是一種可用的基礎(chǔ)素材。磷石膏的綜合利用不僅能解決磷石膏的堆放問題而且還能解決環(huán)境污染的問題。磷石膏改性及其應(yīng)用是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

1.磷石膏概述

      磷石膏主要是在磷酸生產(chǎn)過程當(dāng)中，磷礦經(jīng)過硫酸的侵蝕所產(chǎn)生的固體廢渣，是一種可回收利用的材料，特別是在當(dāng)前的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展思想下，磷石膏更是在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

1.1磷石膏的物理特性

      磷石膏是一種顏色為灰白色或黃白色的并且主要以針狀晶體、多晶核晶體、單分散板狀晶體、密實(shí)晶體結(jié)晶形態(tài)存在的細(xì)粉狀固體。磷石膏中的主要礦物成分為石膏，石膏在磷石膏全料中約占96%~97%，其次是石英和選礦劑殘?jiān)?，石英占磷石膏?%左右。磷石膏的含水率隨溫度的升高而迅速增大，磷石膏溶解度極小并且溶解度隨溫度升高而降低，層間滲透性大于水平層內(nèi)的滲透性，磷石膏材料是應(yīng)變軟化材料。

1.2磷石膏的化學(xué)特性

      磷石膏的主要化學(xué)成分是氧化鈣和三氧化硫，磷石膏中還含有一定量的結(jié)晶水以及二氧化硫、磷、氟和有機(jī)物等雜質(zhì)，磷石膏粒徑呈正態(tài)分布且分布較為集中，磷石膏中雜質(zhì)含量的多少與磷石膏的形貌息息相關(guān)，磷石膏的形貌越規(guī)則，磷石膏的粒徑就越大，磷石膏中雜質(zhì)的含量就越少。磷石膏具有耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)，磷石膏最大的優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度高、韌性好。磷石膏與聚合物具有非常強(qiáng)的親和力，這使得磷石膏容易用聚合物進(jìn)行表面處理，也能與聚合物加工生成復(fù)合材料。

1.3磷石膏的主要元素及其分布

      在磷石膏中，主要元素的分布規(guī)律為：

（1）K、Fe、Mg、Cr、As、Zn、F等元素，隨堆存時(shí)間增加，流失量也增加，流失率為69.2%~100.00%。新鮮磷石膏堆存一年之后，Zn、Mg、Cr元素幾乎完全流失。

（2）堆存時(shí)間增加，Na、Co、Pb、Sr含量下降幅度不大，流失量比較小。

（3）Ti、Ni的含量在堆存中沒有明顯變化，表現(xiàn)為略微升高的趨勢(shì)。

2.磷石膏的改性

2.1磷石膏物理改性

2.1.1磷石膏的超聲改性

      刁夢(mèng)娜等用超聲波對(duì)無水硫酸鈣晶須(ACSW)進(jìn)行改性。具體做法是將 ACSW 分散于無水乙醇中，超聲處理40min，在50℃下烘干備用。無水硫酸鈣晶須超聲改性工藝及操作簡(jiǎn)單、成本低廉。超聲改性主要是提高磷石膏在其他材料中的分散性以提高復(fù)合材料的均一性。

2.1.2常見改性處理

磷石膏常見的改性處理工藝主要有：

(1)水洗：可除去共晶磷以外的其它雜質(zhì)，除雜效率可達(dá)96.68%，但水洗生產(chǎn)線一次性投資大，能耗高，污水排放容易造成二次污染。

(2)浮選：類似于水洗，主要適用于有機(jī)質(zhì)含量較高的磷石膏。

(3)石灰中和：可使有害態(tài)的磷、氟等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為惰性的難溶性鹽，從而消除這些雜質(zhì)對(duì)磷石膏的不利影響。該工藝簡(jiǎn)單、投資少、除雜效果顯著，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種除雜改性方法，但不能消除有機(jī)物對(duì)磷石膏性能的影響，特別適用于有機(jī)物含量不高的磷石膏。

(4)篩分：磷石膏中的磷、氟、有機(jī)物等雜質(zhì)隨著磷石膏粒徑的不同含量分布也不同，即隨著粒徑變化呈現(xiàn)不均勻的分布?？扇芰?、總磷、氟和有機(jī)物雜質(zhì)含量隨著磷石膏顆粒度的增加而迅速增加；共晶磷含量隨顆粒度的減小而增加。該工藝與磷石膏的雜質(zhì)分布和顆粒級(jí)配密切相關(guān)，應(yīng)用范圍較小，當(dāng)雜質(zhì)分布嚴(yán)重不均時(shí)，除雜效果顯著，可優(yōu)先選用。

(5)球磨：磷石膏中的晶體粗大、均勻、多呈板狀，這種顆粒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磷石膏膠結(jié)材的流動(dòng)性差，需水量大，硬化體性能差。而球磨處理可有效改善這種顆粒結(jié)構(gòu)，使磷石膏顆粒粒度變小，二水石膏的顆粒形貌和均勻尺度發(fā)生破壞，呈現(xiàn)柱狀、板狀等多樣化變化，進(jìn)而使得膠結(jié)材流動(dòng)性大幅度增加，最終降低了磷石膏的需水量，改善硬化體孔隙率高、結(jié)構(gòu)疏松的缺陷。

(6)煅燒：共晶磷在800℃煅燒情況下可轉(zhuǎn)化為惰性的焦磷酸鹽，高溫煅燒是目前去除磷石膏中共晶磷雜質(zhì)最為有效的方法。

2.2磷石膏的化學(xué)改性

2.2.1偶聯(lián)劑改性

      常采用硅烷偶聯(lián)劑、酞酸酯偶聯(lián)劑和有機(jī)酸對(duì)磷石膏進(jìn)行有機(jī)改性。石文建等采用硅烷偶聯(lián)劑KH570對(duì)磷石膏晶須進(jìn)行表面改性?？疾炝烁男詴r(shí)間、改性溫度、改性劑用量等條件對(duì)磷石膏晶須的表面改性影響。并分析了KH570對(duì)磷石膏晶須改性作用機(jī)理。結(jié)果表明：當(dāng)KH570的用量為磷石膏晶須質(zhì)量的5%，改性時(shí)間為80min，改性溫度在50℃時(shí)，獲得最佳的改性效果。

3.煅燒設(shè)備及工藝

3.1煅燒設(shè)備

      目前常用的石膏煅燒設(shè)備主要有炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、氣流式煅燒、磨-燒一體化煅燒設(shè)備以及錘式烘干機(jī)等。

3.1.1炒鍋

      炒鍋是以高溫?zé)煔鉃闊嵩矗ㄟ^直接或者間接加熱的方式實(shí)現(xiàn)氣流與物料之間的熱交換。炒鍋工藝是一種傳統(tǒng)的煅燒工藝，為了適應(yīng)氣料之間的高效換熱，其發(fā)展先后經(jīng)歷了間歇炒鍋、連續(xù)炒鍋、埋入式炒鍋以及錐形炒鍋等階段,該工藝技術(shù)成熟，易于操作，但生產(chǎn)效率低、投資大、能耗高、環(huán)境差。

3.1.2回轉(zhuǎn)窯

      回轉(zhuǎn)窯是最傳統(tǒng)的煅燒方式，同樣以高溫?zé)煔鉃闊嵩矗ㄟ^直接或者間接加熱的方式實(shí)現(xiàn)氣料之間的熱交換?；剞D(zhuǎn)窯又分為內(nèi)燒式、外燒式以及套筒式三大類。其中，內(nèi)燒式和套筒式回轉(zhuǎn)窯通過石膏與燃燒氣流直接接觸換熱， 完成二水石膏脫水；外燒式回轉(zhuǎn)窯是在窯外加熱，窯內(nèi)石膏通過筒體間接換熱脫水。該工藝易于控制，操作彈性大，但工藝系統(tǒng)復(fù)雜，熱耗較大。

3.1.3沸騰煅燒爐

      該工藝以高溫?zé)煔鉃闊嵩?，通過床層內(nèi)加熱管實(shí)現(xiàn)氣料熱交換，完成脫水分解。該工藝傳熱效率高、能耗低，但設(shè)備體積大，投資高。

3.1.4氣流式煅燒

      氣流式煅燒設(shè)備是將磨細(xì)后的物料與熱氣流直接接觸換熱完成二水石膏的脫水。常見的設(shè)備有:彼特斯磨、沙士基打磨、Delta磨以及斯德動(dòng)態(tài)煅燒爐。該工藝集粉磨與煅燒于一體，設(shè)備體積小、投資省、生產(chǎn)效率高、能耗低，但操作不穩(wěn)定。

3.1.5 錘式烘干機(jī)

      錘式烘干機(jī)是與傳統(tǒng)的氣流干燥管配合使用，集石膏的打散、干燥、脫水、成品轉(zhuǎn)型于一體。該工藝操作簡(jiǎn)單、能耗低、投資省，但工作溫度較低。此外，段慶奎等采用懸浮焙燒爐將雜質(zhì)成分復(fù)雜的磷石膏廢渣，處理成廣泛用于建筑的高性能石膏制品，該工藝擺脫了傳統(tǒng)工藝中將磷石膏水洗后利用的老路子， 避免了環(huán)境與水的二次污染，節(jié)約水資源,且能夠生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的石膏粉。

3.2煅燒工藝

      石膏煅燒工藝按照加熱時(shí)間的長(zhǎng)短可分為快燒工藝和慢燒工藝。前述述炒鍋系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、沸騰爐系統(tǒng)以及錘式烘干機(jī)，物料在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，高達(dá)30min~2h，屬于低溫慢燒工藝。氣流式煅燒設(shè)備采用邊磨邊煅燒的方式，多是瞬間完成二水石膏的脫水，屬于快燒工藝。

      此外，根據(jù)物料特性，煅燒工藝還可分為一步法（干燥附著水與脫去一個(gè)半的結(jié)晶水由同一臺(tái)熱工設(shè)備完成）與兩步法（干燥附著水與脫去一個(gè)半的結(jié)晶水分別由不同的熱工設(shè)備分別完成）。通常石膏原料的附著水含量較低時(shí)常采用一步法工藝；附著水含量較高時(shí)宜采用兩步法工藝。