磷石膏及其综合利用的探讨

磷石膏及其综合利用的探讨

磷石膏是硫酸法萃取磷酸生产过程的副产品，每生产1t磷酸(P205)将产生4.5—5.5t的磷石膏。磷石膏的大量排放不仅占用大量的土地，还由于磷石膏经雨水长期浸泡，其中的可溶性只P2O5和F等以水体为媒介向环境传递引起土壤、水系、大气的污染。在50年代初我国已开始磷石膏综合利用的研究，取得了一定的成果。

一、磷石膏的特性

1.磷石膏有一定的含水率。磷石膏的含水率一般达到20％—25％。由于其含水率高，粘性强，在装载、提升、输送过程中极易粘附在各种设备上，造成积料堵塞，影响生产过程的正常进行。

2.磷石膏的颜色偏深。纯净的磷石膏是纯白色的，但通常的磷石膏呈深灰色，作为粉刷石膏和装饰石膏将影响外观。主要原因是杂质的影响。

3.磷石膏的表观密度大。磷石膏的表现密度达到1g／cm3，表观密度大对其贮存、生产和产品的性能有一定影响。

4.磷石膏中含有H+、水溶性P205、F等杂质,且pH值一般在1.5—4.5之间，呈酸性。

磷石膏与天然石膏的最大不同在于磷石膏含有某些杂质，而这些杂质对石膏制品的性能造成不同程度的危害.

二、磷石膏综合利用的主要途径

1.磷石膏制琉铵和碳酸钙

利用氨和二氧化碳将磷石膏转化成琉铵与碳酸钙作为成品直接外销，在国外是较为成熟的技术。

该法的优点是部分碳铵产品转化为硫铵易于外销，磷石膏不需要堆场，也不需要外运。缺点是：流程长，设备多，投资较大。并对磷石膏的质量有一定要求。

2.制硫酸联产水泥

因国内的硫资源比较短缺，随着湿法磷酸的发展，又必须耗用大量的硫酸的情况下，将磷石膏制取硫酸并联产水泥无疑是一条既可弥补硫资源不足，又能解决磷石膏出路，使资源得到综合利用的有效途径。目前，我国已在鲁北企业集团等多家企业建成磷石膏制硫酸联产水泥的“三、四、六”工程，通过多年的实践，技术已趋成熟。

该法的优点：增加硫酸产量，使磷酸生产使用的硫酸有85％—90％自身循环，磷石膏不需要堆场，也不需要外运。缺点是：流程长．设备多，投资大，并对磷石膏的质量有一定要求。据对磷石膏生产硫酸联产水泥的“三、四、六”工程测算，工程总投资在1亿元人民币左右，处理磷石膏约100kt/a。

3.直接施用以改良碱性土壤

磷石膏pH值为1.5—4.5，直接施用可改良碱性土壤，同时磷石膏中还含有少许植物生长所需的磷、硫、钙、硅、锌、镁、铁等成分。

4.制磷石膏增强球作水泥缓凝剂

在国外采用磷石膏作为水泥缓凝剂已成为磷石膏的主要利用途径之一。我们曾进行过磷石膏作硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥缓凝剂的研究，结果其制得的水泥性能和添加天然石膏制得的水泥性能相当，XRD物相分析其水化物完全相同，其掺入量比天然石膏略低，平均为4％。

由于磷石膏的特性(含水率高、表观密度大)，在生产过程中常发生堵料现象，所以不能

被水泥生产企业特别是中大型生产企业所接受。

为了适应水泥生产企业以块状天然石膏作水泥缓凝剂的贮存、运输及计量条件，同时使磷石膏质量更稳定，需要对磷石膏加以造粒成型后作为商品缓凝剂供应给水泥生产企业，这种做法在国外较为普遍。通过对水泥生产企业的调查和铜化集团的生产实践证明，水泥缓凝剂石膏增强球由于不影响水泥的性能，并且可降低水泥的生产成本等优点，受到水泥生产企业的普遍欢迎。

该法的特点是流程简单，设备少，投资省。

5.制建筑石膏粉

在制取水泥缓凝剂的基础上，我们进一步开发完成了制建筑石膏粉工艺，生产的建筑石膏粉可制取各种石膏制品，如纸面石膏板、纤维石膏板、石膏砌块、粉刷石膏等。

该法的特点是流程简单，设备少，投资省。

6.其它用途

可作为铺路及低级建材等用途。

三、制水泥缓凝剂及建筑石膏粉工艺的特点(以铜化集团100kt/a磷石膏制水泥缓凝剂为例)

磷石膏制缓凝剂具有如下特点：

（1）磷石膏的干基SO3含量高(超过40％)，缓凝效果好；

（2）物理形态为粒球状，强度适中，颗粒直径为5—25mm，方便电子称料，均匀配料，下料容易。不堵料；

（3）本产品在水泥生产过程中无需破碎，减少了人员、破碎系统的电耗及维修费用；（4）磷石膏中的SO3含量较天然石膏高，使用量较天然石膏少；

（5）本产品的价格较天然石膏低，用于水泥添加剂能相应减低水泥的生产成本。

1.工作原理

磷石膏与天然石膏有一定的区别，但从根本上讲，由于它们的主要成分相同，并且磷石膏主要成分含量更高，故磷石膏是一种比天然石膏更好的胶凝材料。磷石膏要处理成建筑石膏，一般要经过洗涤、预处理、干燥和燃烧等过程。

磷石膏呈粉末状，含水20％—25％，但本身并无胶结性能，需外加部分比例的胶结成分在一定条件下成粒。为保证磷石膏本身的组分，并利用现有的廉价资源，我们采用把部分磷石膏在高温烟气中脱水成半水石膏，再将半水石膏掺人磷石膏，利用其吸水性产生的胶凝作用，在成粒机械中胶凝成水泥缓凝剂增强球，供水泥生产企业用。

从成粒机械中产生的成型增强球粒径为5—25mm，成球后一次破碎率较低(＜20％)，经3—4天的自然风干后其强度可达到大规模搬运而不破碎的要求。即使是刚成型时破碎的颗粒，也不再呈粉末状而呈粒径大小不一的颗粒，完全能满足水泥生产企业下料口不堵塞的技术要求。

2.主要流程简介

（1）物料流程

经过预处理的磷石膏通过皮带机进入石膏料仓，经过计量后进入单转子锤式烘干机及气流干燥管，和热气流充分接触脱除游离水和大部分的结合水(锤式烘干机的出口温度约160—1700C)，制得半水石膏，这部分熟石膏粉经过旋风除尘器、布袋收尘器和气流彻底分离，熟石膏粉和原料二水石膏混合后进入圆盘造粒机造粒，得到水泥缓凝剂成品。

如用于制备建筑石膏粉，则原料磷石膏必须经过水洗等预处理，以除去其中的可溶性磷等有害杂质，然后制得半水石膏，半水石膏进入成品稳定器进行成品转型后，得到符合建筑石膏要求的熟石膏粉，供制取后续产品使用。

（2）气体流程

由燃烧炉产生的高温烟气进入锤式烘干机和原料磷石膏充分接触换热(出口温度约160