科技大学土木工程与建筑学院《土木工程理论与实践》学习报告题目磷石膏的特性及其在新型建筑材料中的应用现状专业班级土木工程2012-3学生温磊学号 32016 年 5月磷石膏的特性及其在新型建筑材料中的应用现状摘要磷石膏是湿法生产磷酸的工业副产物，我国堆存量很大本文分析了磷石膏的理化及矿物特性，评析了磷石膏的主要改性技术，对磷石膏在新型建筑材料中的利用技术作了详细的论述，并且指出了在磷石膏开发利用过程中应该重视的几大问题。

关键词:磷石膏;新型建筑材料;改性技术;应用目录1.磷石膏概述 (1)2.磷石膏的特性 (2)2.1磷石膏的物化特点 (2)2.2磷石膏的改性 (2)3磷石膏在新型建筑材料中应用 (3)3.1磷石膏在建材方面的应用 (3)3.2磷石膏在水泥生产中的应用 (3)3.2.1生产低碱度水泥 (3)3.2.2生产硫酸联产水泥 (4)3.2.3代替天然石膏作水泥矿化剂 (5)3.2.4作水泥缓凝剂 (5)3.3磷石膏在预拌砂浆中的应用..................= (7)4总结 (7)5参考文献 (8)1.磷石膏概述众所周知，中国是一个农业大国，是全球最大的磷肥生产国。

中国的磷肥副产物磷石膏的排量位居世界第一，而磷石膏的综合处置和资源化利用一直以来都是世界性的难题。

磷石膏是在湿法生产磷酸用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，主要成分是硫酸钙(CaS04 " 2H20)其硫酸钙含量要高于天然石膏。

此外，磷石膏中还含有多种杂质，杂质的存在使堆存的磷石膏对环境构成很大威肋，同时，多种杂质的存在也使磷石膏安全资源化利用的难度大为增加磷石膏的排量巨大一般用湿法生产It磷酸就会排出4一4.5t的磷石膏}磷石膏的大量存，不仅侵占了土地资源，而且经过风侵、雨淋等气候的影响会对大气、水系及土壤造成污染，若人类长时间接触磷石膏，身体健康会受到响，甚至会危害生命，因此磷石膏的安全处置和资源化利用是当务之急国家对磷石膏的资源化利用问题也非常重视，修订后的《建筑石膏》国家标准中，将磷石膏定义为“产品”，这为磷石膏的全面资源化利用创造了条件。

国家发改委印发的《大宗固体废弃物综合利用实施方案》中指出:预计到2015年，工业副产石膏综合利用率将提高到50%以上，其中脱硫石膏、磷石膏综用率将分别达到80%和30%。

根据磷石膏行业调查得知，今后磷石膏资源化利用的方向将朝着新型建筑材料领域开展，例如可以将其用作水泥缓凝剂，作为主要原材料生产纸面石膏板、石膏砌块、石膏商品砂浆等等，其中利用磷石膏等工业石膏制备石膏基复合胶凝材料是目前较为热门的研究方向，并重点鼓励今后全部使用磷石膏作为原料进行生产。

2.磷石膏的特性2.1磷石膏的物化特点磷石膏外观呈黄白色、浅灰白色或黑灰色细粉状，主要化学成分为Ca0和S03，同时含有氟化物、游离磷酸、五氧化二磷，磷酸盐，酸不溶物、二氧化硅及有机物等杂质磷石膏的晶体形式主要以针状体、板状晶体、密实晶体、多晶核晶体这4种居多，其胶结体的J险能不如天然石膏，主要表现为浆体凝结时间较长，硬化体强度较低等。

磷石膏的颗粒尺一般在40 一200之间，并且颗粒级配呈正态分布。

有研究表明磷石膏中的可溶磷、有机物含量会随着磷石膏颗粒度的增加而逐渐增加，共晶磷的含量会随着颗粒粒度的减小而增加，并且颗粒的粒径是影响石膏需水量及抗压强度的主要因素，而磷石膏中的可溶性杂质则是影响其凝结时间的主要原因。

磷石膏的pH值为1. 5一4. 5，呈酸性，含水率一般较高，达20%一25 % ，粘性较强，能溶于酸、铰盐、甘油，微溶于水，不溶于乙醇，175℃左右时失水成半水石膏(CaS04 " 0. 5HzO) } 193一2100C时完全失去结晶水而成为无水石膏(CaS04 ) U。

不同生产企业、不同批次的磷石膏的化学组成略有不同，这主要与磷酸生产工艺条件及磷矿石的品种有关。

2.2磷石膏的改性用磷石膏替代天然石膏生产水泥，关键要解决磷石膏所含的杂质对水泥凝结时间、强度等物理性能的不良影响。

通过磷石膏的预处理改性，可把对水泥有害的杂质转化为难溶盐，同时改善磷石膏中硫酸钙的溶解性能，优化磷石膏的可利用性能，从而替代天然石膏广泛地应用于建筑材料领域。

在磷石膏中影响其资源化利用的主要杂质为磷、氟和有机物。

磷石膏中的磷以PZ U。

的形式表示，包括可溶性磷、共晶磷和难溶性磷3大类。

可溶性磷对磷石膏的性能影响主要表现在延长磷石膏的凝结时间和降低石膏制品的强度方面，采用水洗预处理就可以除去可溶性磷。

共晶磷中的P20。

以Ca3 (P04) z的形式存在，它对磷石膏性能的影响主要表现为降低pH值，延缓凝结时间和降低强度。

通过800℃温度的锻烧，可将共晶磷转化为惰性的焦磷酸盐。

难溶性磷作为惰性组分，对磷石膏的性能几乎无不良影响。

磷石膏中的氟有两种类型:一种为可溶性氟，另一种为难溶性氟。

可溶性氟可以缩短半水石膏的凝结时间，形成二水石膏晶体粗大，导致抗压强度下降，水洗预处理可以去除可溶性氟，或者采取石灰中和预处理方式使其转化为难溶性氟。

难溶性氟对磷石膏性能基本不产生影响。

通过红外光谱定性分析可知，有机物会附着在石膏表面，使磷石膏胶结材需水量增加，削弱了二水石膏晶体间的结合，使硬化体结构疏松，从而影响制品强度。

此外有机物在磷石膏中的分布不均匀，这是造成磷石膏团聚的主要原因，水洗、浮选法和800℃温度锻烧等方法均可用于去除有机物杂质。

除了以上提到的几种去除杂质的方法外，还可以采用闪烧法来去除磷石膏中的有害杂质。

磷石膏中二水石膏晶体粗大、整齐均匀，呈六面板状，这种颗粒特征导致胶凝材料需水量高，流动性差，硬化后结构疏松，强度较低。

因此对磷石膏进行预处理时，不仅要从组成上除去有害杂质，还应从结构上改善其颗粒级配与形貌。

常见的改善颗粒级配的方法有纯化工艺、湿筛旋流工艺和球磨工艺等。

一般情况下，为了更好的提高磷石膏的资源化应用性能，进行预处理时应采取多种方法相结合的方式，如水洗一石灰中和，石灰中和一球磨，石灰中和一浮选，石灰中和一锻烧，浮选一球磨等，具体的方法要根据磷石膏的成分及利用方向而定3磷石膏在新型建筑材料中应用3.1磷石膏在建材方面的应用磷石膏作为建筑材料的原料可用于生产建筑用胶凝材料。

其中，用磷石膏生产建筑石膏，是目前磷石膏在应用中较为成熟的方法。

磷石膏经适当预处理后，锻烧脱水成为半水硫酸钙，根据预处理条件的不同，可以生成。

和p两种不同晶型的产物。

用磷石膏生产的建筑石膏可代替天然石膏来制造墙板、加压石膏纤维板、建筑标准砖、瓷面装饰材料、装饰吸声板，以及石膏灰泥和建筑腻子等[D}-i97。

这些建材产品具有良好的耐火性·绝热性、隔音性和湿度调节性能除此之外，用磷石膏生产的建筑石膏还可替代天然石膏，用以制作石膏基导电材料、石膏基磁性材料、新型隔热材料、高水速凝材料(矿山填充剂)和石膏基聚氯乙烯型材等。

3. 2磷石膏在水泥生产中的应用3. 2.1生产低碱度水泥磷石膏低碱度水泥是以石灰石、矾土和磷石膏为原料在窑炉中烧制的硫铝酸盐水泥熟料、外掺磷石膏和石灰石磨制而成。

磷石膏低碱度水泥熟料的主要矿物为无水硫铝酸钙(约占65 %)和p一硅酸二钙(约占25 % )。

将磷石膏作为生产低碱水泥的原料，是考虑到磷石膏中的二水石膏在含量、形貌和性能方面与天然二水石膏差别不大，更重要的是磷石膏里含有少量的磷酸和氢氟酸，它们是极佳的天然除碱剂，因此，被用作降低水泥碱度是恰到好处的圈。

实验室试验和工业生产应用经验都表明，磷石膏低碱度水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低和微膨胀等特性，成本低于硅酸盐水泥。

用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有重量轻、强度高、韧性好、耐久、耐火、耐水、可锯、可钉、不翅和不变形等优点，现己广泛用于制造GRC轻质多孔板磷石膏低碱度水泥的水化特性是早期水化速率快，硬化快，其水化产物以钙矾石、三水氢氧化铝凝胶、水化硅酸钙和单型水化碳铝酸钙为主，因此，水泥石结构密实、稳定和耐久性好。

用磷石膏低碱度水泥与中碱玻璃纤维复合制作的浴缸、沼气池等产品，不仅轻质耐用、价格便宜，同时还具有抗冲击、耐腐蚀、抗酸碱介质侵蚀、抗渗以及寿命长等特点。

3. 2. 2生产硫酸联产水泥磷石膏制硫酸联产水泥技术能使磷石膏中的硫组分再生成硫酸，其他成分生成水泥熟料}z}}。

该工艺的原理是将磷石膏高温分解，所得S03用于生产硫酸，Ca0用于生产水泥，其工艺流程图回见图1。

该方法使磷石膏中的钙和硫得到充分利用，不产生二次废渣，治理彻底，且产物之一的硫酸可用于磷肥的生产，减少了硫酸的外购和运输，降低了成本，故经济、社会效益显著。

但该方法也存在一些弊端，例如生产过程设备的效率较低、投资较大、能耗过高等。

为此有些国家己停止使用该方法，但是对于我国硫资源短缺、能源价格相对便宜的现状而言，磷石膏制硫酸联产水泥技术应该具有较好的前景。

利用磷石膏制硫酸联产水泥技术在应用中也存在一些急需解决的问题Cz}l。

比如，在水泥生产过程中，物料容易在窑发生结圈、结球的现象，堵塞严重时会影响窑的通风质量，致使燃料燃烧不充分，燃料利用率以及产品的产量都大幅度降低。

此外所得熟料的体积安定性不良，强度较低。

在制酸过程中，烟气中S0z的回收也是一大难题。

在磷石膏分解不充分的情况下，烟气中S0z浓度较低，出窑的S0z浓度一般只有7%-8%，硫酸的产量较小。

与此同时，生产过程中的尾气需要进一步的脱硫装置脱硫才能达到排放标准，环保投资较大。

针对这些问题，我国开展了大量的研发工作，如研制成功的“15 -20 -30”四级旋风预热+中空回转窑石膏制硫酸联产水泥装置解决了回转窑中物料结圈的问题，连续运转时间可达3004以上，水泥强度等级达到42.5级。

合理的配料比例和生料组成是该装置长时间正常运行的关键。

为解决联产中SOZ气体浓度低及窑外分解一步法(硫酸钙一次分解为氧化钙)的结皮问题，有公司提出采用两步法来提高SOZ浓度:第一步，硫酸钙在强还原介质作用下，在分解炉中部分生成硫化钙，产生的含有少许SOZ的废气用于烘干原料，经处理后放空;第二步，出分解炉的硫化钙与未分解的硫酸钙进入回转窑继续反应，制得SO2和水泥熟料[00,30。

马林转等[oz}在用煤作还原剂的前提下，加入复合催化剂，使磷石膏的分解温度从1000一1200 0C降低到700 } 7500C，能耗降低了20%一25 % 。

3. 2. 3代替天然石膏作水泥矿化剂目前国外在磷石膏应用于新型建筑材料生产方面，为使磷石膏具有一定的胶凝性能，采取的措施几乎不外乎对磷石膏进行锻烧和蒸养等预处理，这些预处理措施虽然提高了磷石膏的胶凝性能，但在一定程度上提高了生产成本，所以进一步开拓非改性磷石膏的应用价值，降低磷石膏资源化再利用的生产成本，其经济意义更加重大。