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磷石膏预处理工艺

作者: ward163 发布日期: 2008-9-03 查看数: 出自: 网上读书园地

我论文中的磷石膏预处理工艺部分与大家分享

1.2磷石膏预处理工艺
磷石膏的预处理主要是采用物理、化学、或物理化学方法，使磷石膏中的各种有害杂质除去或降低其含量，使其成为能够利用的二次资源，其处理方法有多种，各自都存在优缺点。

1.2.1水洗法[6]
水洗法是目前磷石膏资源化利用最普遍采用的预处理方法，水洗可除去水溶性杂质和有机物。水洗至中性的磷石膏，其可溶磷、氟与有机物含量接近零，故水洗工艺可消除共晶磷之外的其它有害杂质的影响。影响水洗的因素很多，包括加水量、水洗温度、搅拌时间等等。而废水的处理通常使用的方法是采用石灰乳中和处理再利用（设备容易产生结垢现象）。水洗法的主要问题是生产线一次投资大，能耗高，水洗后污水直接排放易造成二次污染。

1.2.2 石灰中和与化合处理
石灰中和处理可使磷石膏中可溶性磷、氟转化为惰性难溶盐（Ca3(PO4)2、CaHPO4、CaF2等），从而消除可溶性磷、氟的不利影响。控制好石灰掺和量是石灰中和法的关键，石灰掺和量一般按以下方法确定: 由可溶性磷、氟含量，计算出与之反应的等当量CaO量，再按石灰有效钙含量计算出石灰掺量。此时，磷石膏浆体pH值应在6~8范围。国内磷石膏品质一般波动较大，采用石灰中和预处理工艺时，必须对磷石膏进行预均化处理。石灰中和工艺简单、投资少，效果显著，是非水洗预处理磷石膏的首选工艺，特别适用于品质较稳定、有机物含量较低的磷石膏。化合处理则是利用碱性钙材、硅铝复合材、添加剂与磷石膏按一定比例搅拌均匀后经化合反应，使磷石膏中有害杂质化合为对水泥有益的磷酸盐类和硅酸盐类物质。该法成本较低，工艺简单，适用于制水泥的磷石膏预处理。

1.2.3 Cerphos纯化工艺[7]
磷、氟、有机物等杂质并不是均匀分布在磷石膏中，不同粒度磷石膏的杂质含量存在显著差异。据Cerphos的研究发现，磷石膏中大部分杂质的粒径组成在25μｍ以下和160μｍ以上。如小于80μm磷石膏中可溶磷含量仅0.1%，80~160μm中可溶磷含量为0.56%，而大于300μm的可溶磷高达1.54%。磷石膏中杂质的这种分布使筛分提纯磷石膏成为可能。通过将粒径在200μm以上和25μm以下的磷石膏颗粒分级就实现了石膏的纯化。可溶磷、氟与有机物均显著降低，磷石膏性能得以改善。筛分工艺（又称为分级处理）取决于磷石膏的杂质分布与颗粒级配，只有当杂质分布严重不均，该工艺才能有效减少杂质的影响。Cerphos磷石膏净化工艺流程见图1.1。

图1.1 Cerphos磷石膏净化工艺流程图
Figure 1.1 the Purification Flow Diagram of Cerphos Phosphogypsum

1.2.4 湿筛旋流工艺[8]
湿筛旋流工艺主要是通过筛孔为300μｍ的筛子对磷石膏进行湿筛分的研究。在湿筛法的基础上，使用水力旋流器，粒度在10~15μｍ的磷石膏被溶解，它所富集的有机物及晶格中的磷酸盐在随后的净化过程中被冲洗出使磷石膏得到净化。

1.2.5 闪烧法
段庆奎和王立明[9]充分利用P2O5在高温（200~400℃）状态下分解成气体或部分转变成惰性的、稳定的难溶性磷酸盐类化合物的特点，从而将其对产品性能的危害降低到最低点，使有害物质通过高温分解或转变成惰性物质。少量有机磷经过高温转变成气体排出，无机磷在高温状态下与钙结合成为惰性的焦磷酸钙，从而消除了有机磷和无机磷等杂质对石膏性能的危害。同时还保证了二水硫酸钙的正常脱水反应。整个工艺流程流畅、简化，不需要水洗，避免了水污染问题。需要注意在煅烧过程中产生了少量酸性有害气体。
北京力博特尔科技有限公司和宁夏建材研究院[10]联合研制出“闪烧法”磷石膏净化处理新工艺,采用中温(400~600 oC)煅烧脱水、活性激发方式,将磷石膏中可溶性磷转化为惰性的磷酸盐,有机物在高温下转化为气体排出，处理后的磷石膏具有很高的早期强度和持续稳定的后期强度,凝结时间可调。

1.2.6 煅烧法
通常，磷石膏含20%~30%的游离水及20%左右的结晶水，黏度较大，不易输送，经干燥和煅烧处理可脱除其中的水分。800 oC左右高温煅烧磷石膏，可将共晶磷转变为惰性的、稳定的难溶性焦磷酸盐，有机物蒸发脱除。经石灰中和，800 oC高温煅烧制备的Ⅱ型无水石膏，其性能与同品位天然石膏制得的无水石膏相当；由于一般的预处理工艺难以除去共晶磷，该工艺是消除共晶磷影响惟一有效的途径，但煅烧工艺生产成本和能耗相对较高。

1.2.7 浮选
浮选是利用水洗时，有机物密度比水小浮于水面的特性，通过浮选设备，将浮在水面上的有机物除去的方法。实属于湿法预处理，浮选前将水和磷石膏以合适的比例输入到浮选设备，然后搅拌、静置、除去液体表面的悬浮物质。该方法可以除去有机物和部分可溶性杂质，对可溶性的杂质的去除量不像水洗那样显著。而浮选设备容易遭受腐蚀。但仅采用浮选预处理并不能制备合格的建筑石膏时，应与石灰中和等预处理工艺结合。当磷石膏中有机物含量较高，而又采用非水洗预处理工艺时，可进行浮选处理。

1.2.8 球磨
一般磷石膏的球磨工艺，是将磷石膏输入球磨机球磨，控制其比表面积为3500~4000cm2/g。采用球磨处理可以改善磷石膏的颗粒形貌和级配，球磨使磷石膏中二水石膏晶体规则的板状形貌和均匀的尺度遭到破坏，其颗粒形貌呈现柱状、板状、糖粒状等多样化。经过球磨的磷石膏颗粒变小，如果用作胶结材料，可以增加流动性，大幅度降低标准稠度的用水量，降低硬化体的空隙率，减少缺陷，从而提高抗折抗弯的强度。由于杂质的存在，磷石膏的凝结时间仍然很长，而且强度的提高也有限，但是球磨不能消除杂质的有害影响。因此，球磨应与石灰中和、水洗等预处理结合[11]。

1.2.9 自然晾晒、陈化
将磷石膏自然晾晒半年左右，磷、氟、有机质、水分含量可大幅度降低。陈化一般是最后一道工序，将脱除结晶水的β-半水石膏自然陈化3~5天，可使物料中可溶性无水硫酸钙转化为半水石膏，从而提高熟石膏的性能。
实际上，磷石膏的预处理方式有很多种，其实质是以上几种工艺的组合。如采用水洗＋石灰中和，石灰中和＋球磨，石灰中和＋浮选，石灰中和＋煅烧，浮选＋球磨等，只不过各公司根据自身的磷石膏采用不同的组合方式和具体过程而已。

1.2.10 各种石膏预处理方法的比较
(1)就消除有害杂质影响而言，水洗是最有效的方式。但水洗工艺存在一次性投资大、能耗高、污水排放的二次污染等问题。只有当磷石膏年处理量达10~15万吨时，该工艺才具备竞争力。
(2)石灰中和可消除可溶磷、氟的影响，经济、实用而有效。有机物含量不高时，石灰中和工艺尤其适用。磷石膏胶结材性能对石灰掺量很敏感，故磷石膏品质应较稳定。在石灰中和预处理前应进行预均化处理。
(3)湿筛旋流方法，工艺较复杂，除去效果较好，可以去除大颗粒的石英和未反应的杂质。但是投资量较大，也存在二次污染。
(4)适度的球磨可有效改善磷石膏的颗粒形貌与级配，增加其胶结材流动性，大幅度降低需水量，从根本上改善硬化体孔隙率高、结构疏松的缺陷。球磨与石灰中和工艺结合，可制备优等品建筑石膏，是非水洗预处理工艺的最好选择。
(5)浮选预处理可除去有机物，从而消除有机物有害作用。当有机物含量较高，而又采用非水洗预处理工艺时，浮选为可供选择的工艺。磷石膏中杂质分布不均使通过筛分降低磷石膏杂质含量成为可能。筛分工艺及其效果取决于杂质随颗粒的分布。
(6)“闪烧法”是目前出现的一种新工艺，其二次污染小，但目前处理量较小。

参考文献
[6] H.Olmez,V.T.Yilmaz.Infrared Study on the Refinement of Phosphogypsum for Cements[J].Cement and Concrete Research,1988,18(4):449~454
[7] 纪罗军,陈强.我国磷石膏资源化利用现状及发展前景综述(待续)[J].硫磷设计与粉体工程,2006(5):9
[8] ＭａｎｊｉｔＳｉｎｇｈ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ．[J] ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ, １９９６, １０
[9] 段庆奎,王立明．闪烧法—磷石膏的无害化处理新工艺[J].宁夏石油化工,2004,3:13~16
[10] 徐美君.多种石膏深加工产品[J].建材工业信息,2003,(8):20
[11] 王兆利,高倩,赵铁军.建筑石膏和磷石膏的改性[J].粉煤灰综合利用,2001,4:42~43

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