半水法湿法磷酸工艺的磷石膏应用于建材的实验研究0

1、半水法湿法磷酸工艺的磷石膏应用于建材的实验研究安徽森科新材料有限公司 张庚福 张纪黎 我国湿法磷酸工艺均为二水法，所产生的废渣磷石膏均为二水硫酸钙CaSO4·2H2O。近年来，为提高磷酸浓度（P2O5含量达40%以上），广东湛化集团公司（采用美国西方石油公司工艺）和贵州川恒化工有限公司（自主研发）均采用半水法生产工艺，开辟了我国湿法磷酸生产新途径。受相关方面委托，我们对半水湿法磷酸工艺的磷石膏应用于建材方面进行了实验研究。一、 磷石膏原状粉体XRD衔射图：两公司的磷石膏原状粉体XRD衍射图（图一，贵州川恒；图二，广东湛化集团）的成份几乎一样，均为CaSO42H2O和CaSO40.5H

2、2O。图一 贵州川恒磷石膏原状粉体XRD衍射图图二 广东湛化集团磷石膏原状粉体XRD衍射图二、 化学成份：广东湛化集团和贵州川恒磷石膏主要化学成份表一项目单位CaOSO3总P2O5水溶性P2O5总F水溶性F结晶H2OPH备注广东湛化30.3411.950.9750.440.225.652.2贵州川恒26.7390.910.40.540.255.165.16从化学组成看，半水磷石膏的纯度很高，在生产正常情况下，干基CaSO40.5H2含量在90%以上，而广东湛化更高。由于广东湛化的P2O5与F高于贵州川恒，其酸性远高于贵州川恒。三、 磷石膏原状粉体SEM图： 两公司的磷石膏原状粉体SEM图对比看

3、完全不同：图一 贵州川恒磷石膏原状粉体500倍SEM图二 贵州川恒磷石膏原状粉体5000倍SEM图三 广东湛化集团磷石膏原状粉体500倍SEM图四 广东湛化集团磷石膏原状粉体5000倍SEM图一、贵州川恒磷石膏原状粉体500倍SEM图显示，石膏晶体结构均为片状六面体堆积体，长度多为50100um。图二、贵州川恒磷石膏原状粉体5000倍SEM图可看出，不规则片状六面体厚度一般在12 um，宽度在1020 um之间，也有少量微小片状填充其间。 图三、广东湛化集团磷石膏原状粉体500倍SEM图显示，石膏晶体由柱状六面体堆集组成球状，D=1050 um之间，松散排列，孔隙率5060%。图四、广东湛化集

4、团磷石膏原状粉体5000倍SEM图可看出，不规则柱状六面体晶体厚度一般为12 um，长度56 um，宽度大多36 um，也有少量微小颗粒排列其间。四、 半水法与二水法石膏的特点： 半水法磷石膏与二水法磷石膏建筑石膏粉（型）相比：、半水法硫酸钙含量大于二水法；、二种石膏晶体形态和结构完全不同；、二水法的建筑石膏粉初凝时间和终凝时间在410min之间，而半水法磷石膏初凝时间很长，早期强度很低，不利形成强度，更不能规模生产；、半水法可溶性酸小于二水法，中和处理压力小；、半水法自由水含量较小；、二水法磷石膏只有通过煅烧去掉1.5H2O后变成建筑石膏粉，煅烧耗能大。二水法磷石膏建筑石膏粉（型）加水后快速

5、水化反应，使石膏晶体形成长柱状六面体互相交叉排列形成稳定态，其硬化体能承受一定外力成为建筑材料。、从半水石膏XRD衍射图和SEM图可以看出其二水石膏与半水石膏成份几乎一样，即各占1/2，其晶体结构均为短粗状不规则六面体，已形成稳定态，改变其晶体形态难度极大。五、 设计的工艺技术路线及要求：、选择合适的调晶剂、激发剂和改性剂改变现有晶体结构，使短柱状六面体晶体结构改变为长柱状晶体，且尽量规律交叉排列，形成稳定整体结构形态，硬化体能承受一定外力，变成建筑材料；、改变晶体结构和形成晶体规律交叉排列时间要短，要在短时间内（510 min左右）初终凝；、半水石膏中的半水磷石膏和二水磷石膏的晶体结构的改变

6、在常温下形成。、严格控制工艺成本。六、 实验：为实现上述工艺技术路线，筛选调晶剂、激发剂和改性剂，其配合比是：湛化集团磷石膏50%、调晶剂40%、激发剂5%、改性剂5%、水60%，在实验室做成（160×40×40）试块，初终凝时间7min，终凝时间13min，为烘干折2.5MPa，未烘湿折1.8 MPa，软化系数0.72，完全达到建筑石膏GB/T97762008，2.0级标准，且符合防潮石膏的标准要求。试块160×40×40在常温下浸泡于水中一月仍保持初期状态，未见任何析出，说明晶体结构稳定。从广东湛化集团磷石膏硬化体的XRD衔射图（图五）可以看出，主要

7、成份是CaSO42H2O，少量为CaSO40.5H2O，（图中圆圈部分为CaSO40.5H2O）图五 广东湛化集团磷石膏硬化体XRD图图六 广东湛化集团磷石膏硬化体2500倍SEM图从广东湛化集团磷石膏硬化体2500倍SEM图可以看出，石膏硬化体中晶体结构已大多由短粗不规则六面体晶体，变为长柱状六面体晶体，交叉排列，空隙率约为3040%，且晶体之间有胶体相接，有部分原晶体未变化 ，仍排列其间，说明晶体重组不充分。七、 结论：上述实验研究说明：、在常温常压下，半水法湿法磷酸工艺的磷石膏是可以应用于建材，且完全符合建筑石膏GB/T97762008的标准；、上述研究只是湛化集团初步成果，还需改进提高。贵州川恒的半水磷石膏的实验研究还有待于突破；、半水石膏粉体通过调晶剂、激发剂、改性剂是可以改变晶体形态和排列，其中半水石膏晶体可转化为二水石膏晶体，且晶体形态变长，二水石膏晶体通过失晶、重结晶也能使晶体形态变长，其晶体结构组成的硬化体具有