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磷石膏主要有灰黑色和灰白色兩種,顆粒直徑一般為 5~50μm,結(jié)晶水含量 20%~25%。磷石膏是濕法磷酸工藝中產(chǎn)生的固體廢棄物,其組分主要是二水硫酸鈣。磷石膏的組成比較復(fù)雜,除硫酸鈣以外,還有未全分解的磷礦、殘余的磷酸、氟化物、酸不溶物等,其中氟和有機(jī)質(zhì)的存在對(duì)磷石膏的資源化利用影響大。磷石膏的隨意排放堆積嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境,不只污染地下水資源,還造成土地資源的浪費(fèi)。
組成
磷石膏多呈板狀,根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,磷石膏中二水硫酸鈣和半水硫酸鈣的比例也不相同,但主要組成以二水硫酸鈣為主,還含有少量的磷酸、氟等雜質(zhì),另外還含有一些放射性元素。
特性
磷石膏通常是灰黑色或灰白色,只有少數(shù)對(duì)生產(chǎn)條件嚴(yán)格工廠的產(chǎn)生的磷石膏雜質(zhì)少,顏色比較淺,有時(shí)呈白色。磷石膏主要物相是二水硫酸鈣,晶體的晶型有針狀、單分散板狀、多晶核和密實(shí)四種形態(tài),其中以板狀晶體為主。磷石膏的膠凝性能低于天然石膏,膠結(jié)性能不入天然石膏,粘滯性、流動(dòng)性也比天然石膏差,磷石膏漿體凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng),并具有的腐蝕性。 磷石膏在水中的溶解小,隨著溫度的升高溶解度下降,層間的透水性能,是一種應(yīng)變軟化材料。磷石膏的粒徑大小比例比較集中,雜質(zhì)的含量與晶體的形貌與磷礦石有很大的關(guān)系,磷石膏的晶型越規(guī)則,磷石膏的粒徑就越大,雜質(zhì)含量相對(duì)就越少。
雜質(zhì)
磷石膏中的雜質(zhì)是指除了硫酸鈣以外的組分,包括少量未全分解的磷礦、殘留的磷酸以及氟化物、酸不溶物、鐵鋁化合物等。根據(jù)磷石膏中雜質(zhì)的物理特性,可以將雜質(zhì)分為三類:第1類為可溶性雜質(zhì);第2類為難溶性雜質(zhì);第三類為放射性雜質(zhì)。其中可溶性雜質(zhì)對(duì)環(huán)境的危害大,隨雨水透到土壤中污染環(huán)境;對(duì)于不溶雜質(zhì)而言,影響相比較弱。難溶性雜質(zhì)含量較高,種類不一。
除雜方法
因?yàn)榱资嘀泻辛?、氟物等雜質(zhì),在綜合利用磷石膏之前,需要對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理除去其雜質(zhì),改變磷石膏的物化性能。當(dāng)前磷石膏除雜方法主要有化學(xué)法、物理法和熱處理等方法。
化學(xué)法
磷石膏化學(xué)處理方法是通過添加化學(xué)試劑與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀分離除去,或者生成惰性物質(zhì),在后期處理過程中除去。通過向磷石膏中加入熟石灰、石灰石、生石灰等堿性物質(zhì)來溶解磷石膏中的可溶磷、氟等雜質(zhì),同時(shí)增加了磷石膏的 pH 值,使可溶性磷和氟轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)。由于的磷石膏的雜質(zhì)因磷礦石不同含量波動(dòng)比較大,在化學(xué)法處理之前需要進(jìn)行預(yù)處理工藝。有學(xué)者使用硫酸作為浸提劑,實(shí)驗(yàn)條件:溫度 88℃,浸取時(shí)間 45 min,硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%,固含量 0.43 g/mL,經(jīng)測(cè)試磷石膏的氟除去率可達(dá) 84.5%,同時(shí)可以提高磷石膏的白度。
物理法
物理除雜方法主要有水洗、浮選、球磨等。在物理除雜中水洗的除雜方法,可以的除去磷石膏中的可溶性雜質(zhì)。為了以免二次污染,洗滌過的污水進(jìn)一步預(yù)處理才可排放。研究水洗處理工藝條件對(duì)磷石膏中 P2O5含量的影響,得到在優(yōu)工藝條件下,水洗處理后磷石膏中 P2O5 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 0.1%以下。
浮選是根據(jù)磷石膏雜質(zhì)顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同,從磷石膏中分離出雜質(zhì)的一種方法。磷石膏浮選一般采用石灰中和后,同時(shí)添加浮選藥劑調(diào)控礦物表面的疏水性。經(jīng)過浮選可脫出磷石膏中可溶鹽和不溶性雜質(zhì),從而提高磷石膏的白度和純度。
熱處理法
熱處理法是通過高溫處理磷石膏,除去其中的有機(jī)質(zhì)和共晶磷。磷石膏經(jīng)過高溫煅燒,共晶磷轉(zhuǎn)化為焦磷酸鹽,氟雜質(zhì)經(jīng)過高溫處理揮發(fā)出去。熱處理法的缺點(diǎn)是能耗大、熱方式相比,具有加熱速度很快,加熱均勻,反應(yīng)特點(diǎn)。磷石膏熱處理后其性能和品煅燒溫度高、時(shí)間較長(zhǎng)。其缺點(diǎn)限制了其廣的應(yīng)用。閃燒法是出現(xiàn)的新的熱處理方法,和傳統(tǒng)的加位都有很大的提高,因此熱處理是處理磷石膏的方式。
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