CN110040993A - 一种磷石膏制备高强石膏的方法 - Google Patents

一种磷石膏制备高强石膏的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磷石膏制备高强石膏的方法，属于建筑材料技术领域。采用加压水溶液法制备，包含以下步骤：1）磷石膏预处理：取适量磷石膏，加入适当比例的自来水清洗或经过多次水洗之后加入生石灰中和水洗进行预处理，洗至pH值为中性；2）磷石膏浆体的制备：掺入适当种类和掺量的转晶剂，并配制得到适宜含水率的磷石膏浆体；3）蒸压处理：在适宜的温度（或压力）下蒸压一定时间；4）蒸压物料的烘干与粉磨。本发明制得了强度等级达α25、α30，白度不低于60%的高强石膏。因此利用磷石膏制备高强石膏，不仅可以解决磷石膏的大量堆积问题，开拓了磷石膏的资源化利用，还可以节约资源、改善环境，具有重要的社会经济效益。

Description

一种磷石膏制备高强石膏的方法
技术领域
本发明涉及一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中排出的以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物，每生产1吨磷酸，约排放4.5～5.5吨磷石膏。随着磷肥产量的增加，磷石膏的堆存量与日俱增，不仅占用大量土地、增加成本，浪费资源，还造成了严重的环境污染。磷石膏在不同条件下可分别制备α、β型半水石膏，但β型半水石膏强度低、流动性差，α型半水石膏相对于β型半水石膏，其制品具有高强、轻质、隔热、防火、无污染、使用寿命长等，因此适用范围更广。磷石膏经蒸压处理后可形成α型半水石膏，在蒸压过程中加入适量的转晶剂，制备出短柱状α型半水石膏晶体，其具有较小的比表面积和较低的水膏比，可以获得较高的制品强度，扩大了产品的应用范围。
目前磷石膏制备高强石膏也存在一些问题，如：磷石膏的预处理，当预处理技术不成熟，试验条件达不到要求时，不仅容易造成二次污染，浪费资源，还因为磷石膏中含有可溶性磷酸盐、氟化物等有害杂质，影响了二水石膏向半水石膏晶体的晶型转变；高强石膏的制备较为复杂，工序控制要求较高，如果制备时影响因素未严格控制，则高强石膏的制备效率会降低，影响高强石膏的晶体形貌的生长，导致高强石膏的强度较低。因此为了解决以上问题，展开了磷石膏制备高强石膏的研究，而且利用磷石膏制备高强石膏，不仅开拓了磷石膏资源化和深加工的新途径，还具有重要的经济、社会和环境效益。
发明内容
本发明目的在于利用工业废料磷石膏制备高强石膏的一种方法，该方法制备的半水石膏，晶体呈短柱状、标准稠度用水量小、强度高、凝结时间稳定、工艺简单、生产成本低。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种磷石膏制备高强石膏的方法，采用“加压水溶液法”，并包含以下步骤：1)磷石膏预处理：取适量磷石膏，按照水膏比1:2-4，加入自来水共清洗13次进行预处理，或者经过多次水洗后，在第7、8次水洗时加入生石灰共清洗10次进行预处理，使pH值为中性，并且清洗时水用量不多，通过多次清洗，节约了总的水消耗量；2)转晶剂掺入及浆体制备：按磷石膏质量比添加0.01％-0.06％称取多元羧酸盐以及0.01％-0.15％称取高价硫酸盐，其中通过单掺、复掺方式配制，并且将配制的转晶剂和水以2-4:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144-160℃下，恒温6-8h；4)蒸压物料的烘干与粉磨：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到白度不低于60％的高强石膏。
本发明的主要原理：
磷石膏的主要成分是二水石膏，同时含有可溶性游离酸、可溶性磷酸盐、氟化物、可溶性钾、钠盐和有机物等杂质。通过预处理水洗磷石膏，消除磷石膏中的杂质，再将污水进行处理，减少环境的污染。
二水石膏在加压水蒸气条件下，形成α型半水石膏，其各晶面的性能存在差异。根据转晶剂的作用机理，转晶剂主要以两种方式进行，即在晶体的某个晶面上做选择性吸附；改变晶面的比表面自由能。晶体生长的本质是晶面向外平行推移，晶面生长速率的相对大小与晶面发育的相对大小密切相关，并决定晶体的最终形态。石膏的(111)晶面由Ca2+组成，能选择吸附一价正负离子，石膏晶体在c轴方向生长速率相对较快，其晶面逐渐缩小，最终长成长棒状或针状晶体，导致产品强度偏低。因此，控制石膏晶体形貌是制备高强石膏的关键。本发明掺入转晶剂，由多元羧酸盐和高价硫酸盐组成，在磷石膏的蒸压过程中，[RCOO-]n基团一端与(111)晶面的Ca2+络合形成环状有机盐络合物，使得有机盐吸附在晶核表面，而高价硫酸盐电离出的高价阳离子也会吸附晶核表面，两者先单掺进行单独作用，再复掺进行协同作用，由于金属阳离子和具有更强烈吸附的阴离子基团的共同作用，在c轴方向的晶面上选择吸附形成网络状“缓冲薄膜”，阻碍了结晶基元在该方向晶面上的结合和生长，多元羧酸盐通过络合作用，对该晶面选择性吸附，抑制了晶体在长轴方向的生长，加上阳离子吸附作用降低了石膏晶面能，增加成核势垒，晶核有充分时间和空间生长，两者共同作用，最终α型半水石膏晶体呈粗大的短柱状或立方晶型，产品强度高。
本发明的有益效果：
1)本发明利用磷石膏制备高强石膏，晶体形貌良好，晶粒短柱状，标准稠度用水量小，2h抗折强度可达3.5MPa、烘干抗压强度达25MPa以上，性价比优越，用途广泛。
2)该方法使用自来水或生石灰中和两种方式预处理磷石膏，再将污水进行处理之后排放，预处理时消耗水量少，工艺简单、成本低。
具体实施方式
实施例1
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)进行单掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干，粉磨得到高强石膏粉。
实施例2
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(明胶)进行单掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例3
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，经过多次水洗后，在第7、8次水洗时加入生石灰共清洗10次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)进行单掺，并且将转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例4
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：转晶剂掺量0％，并且将水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例5
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)进行单掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温8h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例6
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)进行单掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度160℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例7
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)，按磷石膏质量比为0.1％称取高价硫酸盐(硫酸铝)，配制复合转晶剂进行复掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
实施例8
一种利用磷石膏制备高强石膏的方法，包含以下步骤：1)预处理磷石膏：取适量磷石膏，按照水膏比1:2.5，加入自来水并清洗13次进行预处理，使pH值为中性；2)制备磷石膏浆体：按磷石膏质量比为0.06％称取多元羧酸盐(柠檬酸钠)，按磷石膏质量比为0.1％称取高价硫酸盐(硫酸铝钾)，配制复合转晶剂进行复掺，将配制的转晶剂和水以3:1的固液比掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，浆体黏度控制为0.50-0.55mpa·s；3)蒸压处理：将制备好的浆体放入压蒸釜，在蒸压温度144℃下，恒温6h；4)烘干与粉磨蒸压物料：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏粉。
各实施例制备的高强石膏性能测试结果如下表：

Claims (6)

1.一种磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）预处理磷石膏：取磷石膏，多次水洗至pH值为中性；
（2）磷石膏浆体的制备：将多元羧酸盐、水混合后掺入预处理后的磷石膏中制备稠状浆体，其中浆体黏度0.50-0.55mpa·s；
（3）蒸压处理：将制备好的稠状浆体放入压蒸釜，在蒸压温度为144-160℃的条件下，蒸压时间6-8h；
（4）蒸压物料的烘干与粉磨：将蒸压后的物料在110±5℃烘干后，粉磨得到高强石膏。
2.根据权利要求1所述的磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，所述的步骤（1）水洗过程中，水、磷石膏的质量比为1：2-4。
3.根据权利要求1所述的磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中多元羧酸盐包括柠檬酸钠、明胶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，所述的多元羧酸盐的添加量为磷石膏质量的0.01%-0.06%。
5.根据权利要求1所述的磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中还包括硫酸盐，所述的硫酸盐包括硫酸铝、硫酸钾、硫酸铝钾中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的磷石膏制备高强石膏的方法，其特征在于，所述的硫酸盐为磷石膏质量的0.01%-0.16%；硫酸盐与多元羧酸盐的质量比为0.1:0.03-0.08。
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