常壓無氯鹽溶液法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 磷石膏是濕法技術生產(chǎn)磷酸過程中 , 硫酸分解磷礦時產(chǎn)生的一種以二水硫酸 鈣為主要成分的副產(chǎn)物。我國磷石膏已經(jīng)成為著名的大宗工業(yè)固體廢物 , 排放量 達70008000萬噸/年，從環(huán)境保護和資源利用角度而言,急需規(guī)模化 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)和無水石膏。 其中,二水石膏幾乎不具有膠凝性，利用價值低，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、骨修復等領域。因此, 以二水石膏為原料制備 a -半水石膏 , 不但可提高我國石膏資源應用價 值, 也是化學石膏高附加

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。為實現(xiàn)磷石膏制備a -半水石膏，結晶介質(zhì)常選用為以CaClvsub2v/sub水 溶液為代表的氯鹽體系 , 但是氯離子會造成設備加速腐蝕等問題。本課題提出了 常壓無氯鹽溶液中磷石膏制備 a -半水石膏的新技術 , 以 Ca( NO3) 2取代氯鹽,探究了鹽溶液濃度和溫度的影響,重點研究了含磷雜質(zhì) 對轉化過程和產(chǎn)物特性的影響以及作用機理，并對a -半水石膏晶體形貌和反響 過程調(diào)控進行了深入的探究。在常壓鹽溶液中 , 二水石膏能否轉化為

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 - 半水石膏轉化。電解質(zhì)的參加可以降低水的活度 , 滿足轉化的熱力學條件。本實驗在濃度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 -半水石膏轉化速率。在實驗濃度條件下，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 會延長整個二水石膏脫水轉化 過程。參加0.21wt.%H3v/subPO4v/sub進整個轉化過程；含量

4、增加 到0.41wt.%以后,H3PO4t轉化過程表現(xiàn)出抑制作用。 含磷雜質(zhì)對 a -半水石膏成核誘導期抑制作用比對晶體生長的抑制更為顯著。除 Ca3 (PO4 2外，其余磷雜質(zhì)亦會對 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 進而對產(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還會誘導局部a -半水石膏發(fā)生相變生成 無水石膏。對于a-半水石膏而言，機械強度往往是決定應用價值的一個首要指標，而機 械強度與 a - 半水石膏晶體形貌密切相關。 在 C(a NO3 2 溶液中 , 丁二酸對 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 -半水石膏晶體由長棒狀變?yōu)榈鸂?長徑比范圍由 4.58.5 減小至 0.30.5 。丁二酸還會降低磷石膏的脫水速率 ,但通過參加適量Na2v/subSO4v/sub可以緩解甚至消除丁二酸引起的延遲效應。當丁二酸摻量由 0 增加到 0.3%時, 磷石膏的完全轉化時間由 5.0h 延長至 6.5h; 參加1.2%Na2v/subSO4v/sub后,磷石膏的完全轉化時間縮短至約3.75h。通過比照漿體強度，發(fā)現(xiàn)摻