常壓無(wú)氯鹽溶液法α-半水磷石膏的制備及晶形調(diào)控研究

1、常壓無(wú)氯鹽溶液法a -半水磷石膏的制備及晶形調(diào)控研究 磷石膏是濕法技術(shù)生產(chǎn)磷酸過(guò)程中 , 硫酸分解磷礦時(shí)產(chǎn)生的一種以二水硫酸 鈣為主要成分的副產(chǎn)物。我國(guó)磷石膏已經(jīng)成為著名的大宗工業(yè)固體廢物 , 排放量 達(dá)70008000萬(wàn)噸/年，從環(huán)境保護(hù)和資源利用角度而言,急需規(guī)?；?消納和利用。除了二水石膏以外，石膏相態(tài)還包括半水石膏(a型和B型)和無(wú)水石膏。 其中,二水石膏幾乎不具有膠凝性，利用價(jià)值低，而a -半水石膏是一種重要的膠 凝材料 , 因其性能優(yōu)越被廣泛用于高檔建材、鑄造模具、骨修復(fù)等領(lǐng)域。因此, 以二水石膏為原料制備 a -半水石膏 , 不但可提高我國(guó)石膏資源應(yīng)用價(jià) 值, 也是化學(xué)石膏高附加

2、值資源化的有效途徑。常壓鹽溶液法利用二水石膏制備 a - 半水石膏 , 反響條件溫和、反響過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量易于控制 , 是目前最具前景的 a - 半水石膏制備技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)磷石膏制備a -半水石膏，結(jié)晶介質(zhì)常選用為以CaClvsub2v/sub水 溶液為代表的氯鹽體系 , 但是氯離子會(huì)造成設(shè)備加速腐蝕等問(wèn)題。本課題提出了 常壓無(wú)氯鹽溶液中磷石膏制備 a -半水石膏的新技術(shù) , 以 Ca( NO3) 2取代氯鹽,探究了鹽溶液濃度和溫度的影響,重點(diǎn)研究了含磷雜質(zhì) 對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程和產(chǎn)物特性的影響以及作用機(jī)理，并對(duì)a -半水石膏晶體形貌和反響 過(guò)程調(diào)控進(jìn)行了深入的探究。在常壓鹽溶液中 , 二水石膏能否轉(zhuǎn)化為

3、a - 半水石膏只取決于水的活度。 水活 度降低可促使二水石膏向 a - 半水石膏轉(zhuǎn)化。電解質(zhì)的參加可以降低水的活度 , 滿足轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)條件。本實(shí)驗(yàn)在濃度3.33.8mol/L Ca (N03 2水溶液中,溫度91102C及常壓條件下,成功地將磷石膏轉(zhuǎn)化成a -半水石膏增加Ca (N03 2濃度或者提高溫度均可加快磷石 膏到a -半水石膏轉(zhuǎn)化速率。在實(shí)驗(yàn)濃度條件下，磷石膏中的磷酸鹽雜質(zhì)，即Ca(H2v/subPO4v/sub 2 H20 Ca(H2PO4 2 H20和Ca3( P04 2 會(huì)延長(zhǎng)整個(gè)二水石膏脫水轉(zhuǎn)化 過(guò)程。參加0.21wt.%H3v/subPO4v/sub進(jìn)整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程；含量

4、增加 到0.41wt.%以后,H3PO4t轉(zhuǎn)化過(guò)程表現(xiàn)出抑制作用。 含磷雜質(zhì)對(duì) a -半水石膏成核誘導(dǎo)期抑制作用比對(duì)晶體生長(zhǎng)的抑制更為顯著。除 Ca3 (PO4 2外，其余磷雜質(zhì)亦會(huì)對(duì) a -半水石膏晶體形貌產(chǎn)生重要影響 , 得到的 a -半水石膏晶體為更粗大的柱狀體 進(jìn)而對(duì)產(chǎn)物顆粒的粒度分布產(chǎn)生影響。此外 , 較高含量的 Ca(H2PO4 2 H2O和 CaHPO4 2H2O還會(huì)誘導(dǎo)局部a -半水石膏發(fā)生相變生成 無(wú)水石膏。對(duì)于a-半水石膏而言，機(jī)械強(qiáng)度往往是決定應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)首要指標(biāo)，而機(jī) 械強(qiáng)度與 a - 半水石膏晶體形貌密切相關(guān)。 在 C(a NO3 2 溶液中 , 丁二酸對(duì) a - 半水石膏形貌有明顯調(diào)控作用 , 隨著丁二酸摻量由 0 增加到 0.4%,得到的a -半水石膏晶體由長(zhǎng)棒狀變?yōu)榈鸂?長(zhǎng)徑比范圍由 4.58.5 減小至 0.30.5 。丁二酸還會(huì)降低磷石膏的脫水速率 ,但通過(guò)參加適量Na2v/subSO4v/sub可以緩解甚至消除丁二酸引起的延遲效應(yīng)。當(dāng)丁二酸摻量由 0 增加到 0.3%時(shí), 磷石膏的完全轉(zhuǎn)化時(shí)間由 5.0h 延長(zhǎng)至 6.5h; 參加1.2%Na2v/subSO4v/sub后,磷石膏的完全轉(zhuǎn)化時(shí)間縮短至約3.75h。通過(guò)比照漿體強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)摻