化學(xué)石膏品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)分析
發(fā)布日期：2016-03-23 瀏覽次數(shù)：
一、我國(guó)化學(xué)石膏現(xiàn)狀
化學(xué)石膏也稱(chēng)工業(yè)副產(chǎn)石膏，是在工業(yè)生產(chǎn)中由化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣，其中占主要地位的是磷肥生產(chǎn)過(guò)程中排放的二水磷石膏，其次為煙氣脫硫石膏和氟石膏，還有少量的鈦石膏、鹽石膏、檸檬酸石膏等。由于化學(xué)石膏在生產(chǎn)過(guò)程中含有多種雜質(zhì)，質(zhì)地松散，必須經(jīng)過(guò)一定的處理才能利用；而我國(guó)又是天然石膏大國(guó)，開(kāi)采與加工費(fèi)用低廉，嚴(yán)重影響化學(xué)石膏的利用，導(dǎo)致我國(guó)化學(xué)石膏的排放基本上以堆積為主，僅有少量得以應(yīng)用。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)磷石膏年排放量近2000萬(wàn)噸，并且以每年15%的速度增長(zhǎng)，累計(jì)堆積量近億噸，成為石膏廢渣中排量最大的一種，而其利用率不到5%。隨著國(guó)家加大火電廠對(duì)二氧化硫排放的治理力度，國(guó)家環(huán)保總局要求兩控區(qū)"十五"計(jì)劃中137個(gè)老火電廠脫硫項(xiàng)目2005年年底前應(yīng)全部完成，屆時(shí)將削減SO2 211.8萬(wàn)噸，按70%采用濕法石灰/石灰石-石膏脫硫技術(shù)計(jì)算，僅此一項(xiàng)就有約400萬(wàn)噸脫硫石膏產(chǎn)出。加上新建和其它行業(yè)的脫硫石膏，預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)煙氣脫硫石膏年產(chǎn)出量將達(dá)到近1000萬(wàn)噸。堆積如山的化學(xué)石膏不但占用了大量土地，耗資巨大，石膏中的有害雜質(zhì)更對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)也給排放企業(yè)帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重制約了企業(yè)的良性發(fā)展。因此加快化學(xué)石膏的資源化進(jìn)程，成為當(dāng)前急為迫切的任務(wù)。
從化學(xué)石膏的品質(zhì)分析來(lái)看，大多數(shù)化學(xué)石膏（二水或無(wú)水）的品質(zhì)都在80%以上，是一種非常好的可再生資源。綜合利用化學(xué)石膏，既有利于保護(hù)環(huán)境，又能節(jié)約能源和自然資源，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。為了充分合理利用化學(xué)石膏，需要對(duì)不同種類(lèi)、不同工藝和產(chǎn)地的化學(xué)石膏進(jìn)行綜合的品質(zhì)評(píng)價(jià)分析，以達(dá)到選擇最佳處理工藝，節(jié)約處理成本的目的。
二、化學(xué)石膏品質(zhì)評(píng)價(jià)
1．磷石膏
目前世界上磷化工中應(yīng)用最廣泛的是濕法磷酸生產(chǎn)工藝，其中的二水硫酸鈣工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)二水法）約占濕法磷酸產(chǎn)量的85%。不同工藝、不同產(chǎn)地的磷礦石制酸得到的磷石膏成分波動(dòng)很大。
磷石膏中的二水硫酸鈣含量超過(guò)普通天然石膏，是一種重要的再生石膏資源。但是，磷石膏中含有磷、氟、有機(jī)物等諸多有害雜質(zhì)，使其性能劣化，因而不能直接用于生產(chǎn)建筑石膏。探明磷石膏中雜質(zhì)的種類(lèi)、形態(tài)、分布及其對(duì)性能的影響規(guī)律，是其資源化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前對(duì)可溶磷雜質(zhì)研究較多，已基本搞清可溶磷對(duì)磷石膏性能的影響規(guī)律。有機(jī)物、共晶磷是僅次于可溶磷的有害雜質(zhì)，這一點(diǎn)也已被廣泛接受。singh證實(shí)了有機(jī)物對(duì)磷石膏的有害性，并研究了以浮選法消除有機(jī)物的預(yù)處理工藝。研究結(jié)果表明，磷石膏中主要存在著以下幾類(lèi)雜質(zhì)，其影響作用各不相同。
（1）磷
磷石膏中的磷按其存在的形態(tài)可分為可溶性磷和非可溶性磷，其中以可溶性磷對(duì)性能的影響最大，其含量主要取決于洗滌、過(guò)濾工藝?？扇苄粤字饕訦3PO4 ,H2PO4- ,HPO42-三種形態(tài)存在，且以H3PO4對(duì)石膏性能最為不利，其次是H2PO4-?？扇苄粤资拱胨资嗟哪Y(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，強(qiáng)度大幅降低。國(guó)內(nèi)外一般采用水洗凈化或石灰中和預(yù)處理來(lái)消除可溶磷的影響。研究表明，經(jīng)過(guò)二次水洗，可消除可溶性磷95%以上，石灰中和法是將可溶性磷轉(zhuǎn)化為難溶的磷酸鈣鹽，從而過(guò)到固磷的目的。
磷石膏中的磷按其存在的形態(tài)可分為可溶性磷和非可溶性磷，其中以可溶性磷對(duì)性能的影響最大，其含量主要取決于洗滌、過(guò)濾工藝?？扇苄粤字饕訦3PO4 ,H2PO4- ,HPO42-三種形態(tài)存在，且以H3PO4對(duì)石膏性能最為不利，其次是H2PO4-?？扇苄粤资拱胨资嗟哪Y(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，強(qiáng)度大幅降低。國(guó)內(nèi)外一般采用水洗凈化或石灰中和預(yù)處理來(lái)消除可溶磷的影響。研究表明，經(jīng)過(guò)二次水洗，可消除可溶性磷95%以上，石灰中和法是將可溶性磷轉(zhuǎn)化為難溶的磷酸鈣鹽，從而過(guò)到固磷的目的。
磷石膏中的非可性溶磷由磷酸鹽沉淀，未分解的磷礦粉和共晶體磷三部分組成。在磷石膏的預(yù)處理過(guò)程中，由于用水洗、石灰中和等方法不能消除這部分磷，因此，它們被統(tǒng)稱(chēng)為非可性溶磷。磷酸鹽沉淀是鐵、鋁等雜質(zhì)與磷酸反應(yīng)生成的?quot;磷酸鹽沉淀型"磷〕。鐵、鋁等雜質(zhì)元素是磷酸生產(chǎn)中的有害雜質(zhì)，其含量越高，消耗的硫酸量越大，造成的該類(lèi)型的磷的損失也越高。未分解的磷礦粉由磷酸分解磷礦粉時(shí)，鈍化作用導(dǎo)致的"固態(tài)膜"形成的。這兩種非可溶性磷在磷石膏脫水與水化反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化，僅作為一種惰性填料，對(duì)半水磷石膏性能的影響可以忽略不計(jì)。共晶磷是指賦存于磷石膏晶格內(nèi)的那部分磷。其含量一般在0.2~0.8之間，取決于對(duì)萃取工藝的控制。
研究顯示，共晶磷存在于半水石膏晶格中，水化時(shí)從晶格中溶出，阻礙半水石膏的水化，共晶磷可降低二水石膏析晶的過(guò)飽度，減小二水石膏晶體成核的幾率，使形成的二水石膏晶核數(shù)相應(yīng)減小，從而使二水石膏晶體粗化，晶體間的交錯(cuò)搭接減少，導(dǎo)致硬化體強(qiáng)度降低。一般的處理不能消除共晶磷的影響，但在800℃下煅燒制備無(wú)水石膏時(shí)，可使共晶磷從晶格中析出。
（2）其它雜質(zhì)
磷石膏中其它雜質(zhì)主要為氟、有機(jī)物、及少量金屬離子。 磷石膏中氟以可溶氟(NaF)與CaF2、Na2SIF6等難溶氟形態(tài)存在。研究實(shí)驗(yàn)表明，影響磷石膏性能的是可溶氟，CaF2、Na2SiF6對(duì)磷石膏性能基本不產(chǎn)生影響?？扇芊鷮?duì)建筑石膏性能的影響主要為建筑石膏初終凝時(shí)間隨可溶氟含量增加而縮短，即可溶氟使建筑石膏促凝?？扇芊枯^低時(shí)，對(duì)建筑石膏強(qiáng)度影響較小，當(dāng)其含量超過(guò)0.3%時(shí)，強(qiáng)度隨可溶氟增加而迅速降低。
磷礦石帶入的有機(jī)物和磷酸生產(chǎn)時(shí)加入的有機(jī)絮凝劑使磷石膏中含有少量有機(jī)物。含量一般在0.12%~0.16%,分布在二水石膏晶體表面。主要為乙二醇甲醚乙酸酯、異硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷、2-乙基-1，3-二氧戊烷等。有機(jī)物使熟石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度增大，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，強(qiáng)度降低，其有害作用僅次于可溶磷。通過(guò)浮選和高溫煅燒可消除有機(jī)物的影響。