磷石膏配料碳热熔融还原硫逸出及熔渣物相分析

基于配料计算在磷石膏中添加硅、铝、镁等,使其渣系满足矿渣棉生产对酸度系数、氢离子指数、黏度系数的要求。通过热重分析、熔融特性的测定及高温还原焙烧/熔融实验,探究了磷石膏配料在高温还原过程中硫逸出及熔渣的物相结构。结果表明:碳的加入可以促进磷石膏分解,加入量以n(C)/n(S)=0.5为宜;还原剂(石墨、无烟煤、焦炭)及配料的加入均可以降低磷石膏体系的熔融特征温度,CaO-MgO-SiO_(2)-Al2O_(3)四元相图计算表明配料体系在1255.73℃时形成最低共熔点。磷石膏及其配料在高温焙烧过程中的物相演变规律表明,CaS为CaSO_(4)还原过程的中间产物,配料中加入的SiO_(2)可结合更多的CaO促进CaS和CaSO_(4)反应的进行。还原熔融实验表明,n(C)/n(S)对熔渣硫含量及体系脱硫率影响较大。以焦炭为还原剂,磷石膏配料的酸度系数Mk=1.4、pH=4.85、n(C)/n(S)为0.5时,采用刚玉坩埚在1450℃下高温熔融20min后,脱硫率可达99.05%,硫高效逸出的同时形成的熔渣呈非晶态,具有良好的玻璃相结构。

改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

为将磷石膏应用于水泥缓凝剂,采用水洗等方式对磷石膏进行预处理。确定水洗磷石膏的最优用水量和水洗时间。对比研究天然石膏、原状磷石膏和改性磷石膏对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。通过水化热、XRD和SEM分析改性磷石膏对硅酸盐水泥水化特性的影响机理。结果表明,磷石膏在液固比为4和水洗时间为25 min条件下水洗效果最佳;生石灰单掺以及生石灰和膨润土复掺对磷石膏中可溶性磷和可溶性氟表现出较好的固化效果;水洗改性后磷石膏可有效缩短水泥的凝结时间,提高早期强度,其中生石灰与膨润土按2∶1复掺水洗改性后磷石膏用于硅酸盐水泥,水泥初、终凝时间比使用原状磷石膏时缩短了50%和31%;改性磷石膏制备的水泥早期水化速率正常,水泥固结体结构致密,缺陷较少,早期强度高。

改性磷石膏对污泥重金属迁移变化的影响机制

利用马铃薯渣和磷石膏的混合固废渣制备双改性材料(D-MPR),将其用于处理污泥重金属.研究双改性材料制备条件,材料对污泥Zeta电位、胞外聚合物(EPS)及重金属迁移的影响;重点分析处理后污泥中重金属的生态风险,并构建重金属迁移模型.实验结果表明:固废渣(PR)在碱化温度50℃,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)用量为2%PR(PR质量),醚化温度50℃的条件下,进行3h醚化改性;后再添加1%PR的过硫酸铵,80%PR的丙烯酰胺(AM),并在50℃下反应3h进行接枝改性,可制备得到D-MPR.将D-MPR以占污泥干固体(DS)量12‰的比例投入污泥中处理其中重金属,发现与原污泥相比,约42.43%的非稳态Cd,60.42%的非稳态Cr,53.10%的非稳态Cu,67.58%的非稳态Pb,55.21%的非稳态Zn,34.23%的非稳态Ni和74.68%的非稳态As被固定到污泥泥饼当中,污泥泥饼中重金属的迁移风险和潜在生态风险系数均明显降低.此外,该研究还发现了非稳态重金属转化率随LB-EPS以及TB-EPS含量的增加而减小,随Zeta电位的升高而升高,并以此建立了非稳态重金属的转化模型.

高掺量磷石膏道路基层材料配比设计及性能研究

按传统矿质混合料设计掺磷石膏道路基层材料难以大规模消纳磷石膏,为实现磷石膏在道路基层材料中大规模利用,通过骨料替代法进行高掺量磷石膏道路基层材料配比设计,确定适宜的碎石比(5~10 mm粒级与10~25 mm粒级质量比39∶61)后以不同掺量替代磷石膏基胶凝材料体系,再击实然后得出最佳含水率及最大干密度。通过对设计好的配比进行性能试验筛选,得出适宜配比为P85S60,养护28 d的试件抗压强度最大达5.39 MPa,体积变化率较低,且养护7 d后试件的体积增长稳定,体积变化率最终维持在0.5%左右,有利于现场道路施工应用。所有配比浸出氟、磷均满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级限值,相较于常规水泥稳定碎石材料,该道路基层材料浸出液的酸碱性不会额外增加不利影响。通过XRD和SEM分析可知,胶凝材料水化产生的钙矾石和水化硅酸钙包裹在未反应的二水石膏周围,另外针棒状钙矾石和水化硅酸钙填充微小孔隙,使得试件整体结构密实、强度增加、体积稳定性增强。

磷石膏改良滨海盐土效果及对小麦生长的影响

江苏滨海盐土(盐碱土)约66.22万公顷,大多未开发利用,主要因为含盐量很高,迫切需要进行改良。本试验采用田间试验方法,利用磷肥厂副产物磷石膏进行盐(碱)土改良试验。试验设置不施肥、不施用磷石膏、单施复合肥、施用复合肥+磷石膏不同用量等8个处理进行。结果表明,施用磷石膏可以降低盐碱土土壤pH,与不施用磷石膏的对照相比,施用磷石膏后表层0~20 cm土壤pH下降0.07~0.40个单位,碳酸氢根离子下降15.81%~43.53%;土壤钠离子浓度下降17.25%~89.83%,土壤钾离子含量增加8.17%~384.90%,土壤钙离子含量增加59.51%~1977.72%,土壤有机质增加4.51%~19.50%。施用磷石膏处理小区小麦叶片全氮含量较不施磷石膏处理增加7.85%~26.21%,叶片全磷含量增加5.02%~35.97%;小麦增产11.41%~45.26%。滨海盐土及盐碱土可以采用磷石膏进行改良,有较好的改良效果。综合考虑,以处理为30%复合肥1050 kg·hm^(-2)+磷石膏1125 kg·hm^(-2)和30%复合肥1050 kg·hm^(-2)+磷石膏2250 kg·hm^(-2)处理效果最好。

磷石膏动模量及阻尼比试验研究

近年来,磷石膏废渣的生产和堆积迅速增长,给库区安全以及环境带来不小的隐患。该文利用英国GDS公司的GDS-DYNTTS型微机控制振动三轴试验系统,对杨家箐磷石膏堆场库区不同取土深度下的磷石膏废渣进行动力特性试验,主要针对其在围压较大、偏压固结条件下的动弹性模量E_(d)、阻尼比λ进行较详细的研究。试验结果表明:密度相同条件下,动弹性模量随着固结比和围压的增加而变大,且在动应变ε_(d)增长初期曲线变化率不大,ε_(d)超过0.01%后动弹性模量会迅速减小,再逐渐趋于平缓;利用Kondner模型发现最大动弹性模量倒数和动应变的曲线呈较好的线性关系;对动模量比(E_(d)/E_(d0))曲线进行归一化分析,可以得出动模量与动应变的变化趋势,并且根据Darendeli模型对磷石膏动模量比的衰变阶段进行划分;利用最小二乘法对阻尼比与动弹性模量比λ-Ed/Ed0分布进行拟合,得到归一性较好的经验模型曲线。

NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响

为提高湿法磷酸工艺排放的副产品磷石膏的利用率和附加值,采用常压水热合成法在NaCl溶液中制备α-半水石膏材料,研究了NaCl溶液浓度对α-半水石膏的结晶水含量、转晶行为、矿相组成和显微形貌的影响。研究结果表明,在温度为95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中,磷石膏的结晶水含量均随着反应时间的延长逐渐降低,且降至约6%后将逐渐趋于平缓。结合XRD和SEM分析认为磷石膏在95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中可脱水转晶形成稳定的六方柱状α-半水石膏。同时,磷石膏的脱水转晶速率呈现先缓慢上升而后快速升高,最后逐渐趋于平缓的变化趋势,属于典型的生长-成核动力学过程。随着NaCl溶液浓度的升高,α-半水石膏的诱导成核时间和晶体生长时间逐渐加快,总转晶时间逐渐缩短。其中,磷石膏在质量分数为20.0%的NaCl溶液中水热反应0.5 h后即可完全转变为α-半水石膏,与质量分数为15.0%的NaCl溶液相比缩短了1.38 h。因此认为,NaCl溶液浓度的提高有助于加快磷石膏的脱水转晶效率,这可为实际规模化生产α-半水石膏提供指导。

磷石膏煅烧-酸浸除杂增白实验

这是一篇冶金工程领域的论文。磷石膏产量及堆存量大,已成为制约磷化工行业绿色、健康发展的重要因素。磷石膏除杂增白是其高消纳综合利用的必经途径。对浮选除杂脱硅磷石膏进行分析发现其中仍存在少量的黑色有机物质,影响其白度。本文采用煅烧-酸浸法对其进行处理,在煅烧温度600℃、煅烧时间70 min、酸浸时间2 h、硫酸浓度1.5 mol/L、酸浸液固比5:1和酸浸温度90℃条件下,增白磷石膏的白度由51.5%增加到了92.7%,增白效果显著。增白磷石膏主要是CaSO_(4),并含有少量的CaSO_(4)·2H_(2)O和CaSO_(4)·0.5H_(2)O,颗粒呈15~20μm的不规则形状,且表面光滑。本研究对磷石膏规模化综合利用具有重要指导意义。

聚丙烯纤维磷石膏胶结体早期力学强度特性及增韧机理研究

在传统水泥基复合材料的研究领域,纤维增强了材料的强度、韧性、延展性和抗裂性。为了提高磷石膏胶结体的早期强度,掺入聚丙烯纤维作为增强剂,开展了掺纤维磷石膏胶结体制备试验以及单轴抗压强度试验,分析了纤维对磷石膏胶结体破坏规律的影响,并通过SEM探究了纤维对磷石膏胶结体的增韧机理。研究结果表明:随纤维掺量增加磷石膏胶结体单轴抗压强度呈先增加后降低的趋势,且纤维最优掺量为1%;掺入纤维的磷石膏胶结体能延缓峰值抗压强度达到时间且破坏时的峰值应力更大,未掺入纤维的磷石膏胶结体在荷载超过应力峰值后快速失稳,掺入聚丙烯纤维的磷石膏胶结体则呈缓慢降低趋势;随着纤维的掺入,磷石膏胶结体的裂纹数量逐渐减少,且裂而不断,磷石膏胶结体的延性变形明显;微观下聚丙烯纤维表面附着有絮团状水化产物,且在磷石膏胶结体固结过程中相互缠结形成稳定的网状结构。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定参考。

磷石膏抹灰砂浆绿色建材研究

磷石膏是生产磷酸产生的固体废弃物,其堆存占用大量土地资源,磷石膏综合利用一直都是我国磷化工产业急需解决的难题。磷石膏砂浆吃渣利废,利用磷石膏凝结时间短、传热系数低、收缩率低等优点,在实现建筑绿色化的同时增加磷石膏的综合利用率。《抹灰石膏》(GB/T 28627—2012)未对其原材料石膏种类及石膏掺量作出明确规定,《磷石膏抹灰砂浆通用技术要求》(DB/T 1656—2022)明确其组成材料应以磷建筑石膏和/或α型高强磷石膏为胶凝材料,且磷石膏掺量(质量比)≥50%,地方标准的推广利用将显著提升磷石膏的综合利用量。对地方标准相关条款进行细致的解读,并在5个在建工地中抽取样品,进行了凝结时间、抗压强度、抗流挂性、拉伸粘结强度等项目检测,样品检测结果均符合地方标准要求,5个在建工地在分部分项验收中均满足验收要求。《磷石膏抹灰砂浆通用技术要求》(DB/T 1656—2022)对磷石膏抹灰砂浆产品的生产、使用和推广具有指导,有利于推进磷石膏绿色建筑的实施和“碳达峰、碳中和”目标的实现。

基于响应面法设计与制备磷石膏矿渣基复合胶凝材料

为了促进磷石膏等固废材料的资源化利用,优化设计和制备了力学强度满足P·O 42.5级水泥规范要求的胶凝材料,基于响应面法对磷石膏-矿渣-石灰-锂渣-钢渣五元体系进行试验设计,分别以3 d、7 d和28 d抗压强度为响应值,探究磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能的变化规律,建立了磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能预测模型。结果表明最优配合比为磷石膏33.86%,矿渣39.13%,石灰2.28%,锂渣20.1%,钢渣4.65%,胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到18.8 MPa、32.3 MPa、50.3 MPa,满足P·O 42.5级水泥规范要求,并且实测值与预测值的相对误差绝对值均小于5%,说明基于响应面法优化设计磷石膏矿渣基复合胶凝材料具有可行性。

含硫酸盐废水对磷石膏胶结充填体材料性能的影响

鉴于矿山废水处理工艺具有一定的局限性,且磷石膏充填工艺需要消耗大量的水资源,将矿山含硫酸盐废水作为磷石膏充填用水并探讨其可行性。结果表明:废水中的硫酸盐能够促进磷石膏充填体的早期水化反应,进而提升充填体早期强度。当SO_(4)^(2-)浓度从0增加至30 000 mg/L时,充填体7 d强度由0.46 MPa升高至0.63 MPa,提高了37%;14 d强度由0.64 MPa升高至1.03 MPa,提高了61%。这主要跟水化产物钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)的形成有关;但随着养护时间的增长,充填体28,60,90 d强度均在硫酸盐浓度为15 000 mg/L时达到最高。过量的SO_(4)^(2-)会干扰水化硬化过程,充填体后期强度因受到钙矾石的膨胀特性以及Na2SO4重结晶等影响而出现下降。研究结果可为矿山废水治理和磷石膏充填工艺优化提供新思路。

赤泥对磷石膏生物胶结的充填性能影响研究

为了解决充填骨料磷石膏强酸性劣化生物胶结充填体材料性能的问题,提出引入碱性固废赤泥的方法,探究添加不同质量分数的赤泥对磷石膏生物胶结充填料浆和充填体力学性能的影响。结果显示:在微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP)作用下,充填骨料中赤泥质量分数从0提高至80%时,充填料浆的泌水率由17%增至44%,表观黏度由585 mPa·s降至121 mPa·s,初、终凝时间分别增加了139%和135%。赤泥质量分数影响磷石膏生物胶结充填体的单轴抗压强度(Uniaxial Compressive Strength, UCS)。当赤泥占骨料总质量的20%时,充填体强度最高,为2 070 kPa,而过高的赤泥添加质量分数会导致UCS降低。强度的变化与赤泥的高碱性和干缩性有关。研究为碱性固废赤泥在磷石膏生物胶结充填中的应用提供理论基础和技术支撑,实现了固废资源化利用。

磷石膏掺量对钢管混凝土力学性能的影响

通过正交试验研究了粉煤灰掺量(10%、15%、20%、25%)、矿粉掺量(15%、20%、25%、30%)、磷石膏掺量(0、2%、4%、6%)对混凝土抗压强度的影响,优选出了最佳掺量,在此基础上,研究了磷石膏掺量(0、2%、4%、6%)对钢管混凝土轴压性能的影响。结果表明:当粉煤灰、矿粉、磷石膏的掺量分别为10%、20%、2%时,混凝土的28 d抗压强度最大;随着磷石膏掺量的增加,钢管混凝土试件的极限承载力先增大后减小,最佳掺量为2%,此时,钢管混凝土试件受压破坏后的横向变形不明显。

脱硫石膏和磷石膏作调凝剂对水泥性能影响的对比研究

使用工业副产脱硫石膏和磷石膏替代天然石膏作水泥调凝剂,是大量消纳这些固废的有效途径之一。有鉴于此,本文在对硫石膏和磷石膏理化性质研究的基础上,系统对比研究了两类石膏作调凝剂对水泥性能的影响,结果表明:脱硫石膏呈中性,但磷石膏来源不同,可呈强酸性、中性和强碱性。试验所用四种石膏的F、P、重金属浸出特性和反射性均满足一类建材的要求。脱硫石膏所配水泥的性能稳定性较好,掺量波动对水泥性能影响也较小,但磷石膏杂质成分复杂,所配水泥的凝结时间较长,一般为脱硫石膏所配水泥凝结时间的二倍以上。磷石膏产地和掺量变化对所配水泥的凝结时间和强度影响较大,使用过程中需严格控制掺量,否则会导致水泥不合格。

磷石膏的综合利用及其在建筑材料领域的应用研究进展

磷石膏是湿法制备磷肥工艺过程中的副产物,主要物相是CaSO_(4)·2H_(2)O。我国磷石膏产量居世界第一,综合利用率却不到50%,堆存量已达8亿吨,对生态环境造成了严重破坏,因此,探索磷石膏的有效利用途径已迫在眉睫。本文对磷石膏综合利用主要领域的研究现状进行了分析,其中磷石膏在化工领域的利用率仅有5%,在农业领域的利用率也只有2%,而建筑材料领域是目前磷石膏的主要应用领域。目前将磷石膏应用于水泥缓凝剂、石膏砌块和水泥砂浆已经实现了工业化;将磷石膏应用于胶凝材料和路基材料,由于浸出毒性的问题,并未大规模应用;将磷石膏用作填充剂则因为材料强度较低,仅仅停留于实验室探索阶段。最后展望了未来无害化利用磷石膏技术研究的发展趋势,以期为解决磷石膏的堆存问题提供参考。

磷石膏综合利用现状及展望

磷石膏长期堆存带来的环境问题日益突出,磷石膏的无害化处理及综合利用迫在眉睫。总结了磷石膏在制备工业石膏及建材、水泥缓凝剂、制备硫酸联产水泥、路基材料、填充材料、土壤改良剂等领域的研究进展,介绍了磷石膏主要的研究方向,分析了磷石膏综合利用科研与工业化的关系,指出磷石膏科研与工业化的核心矛盾在于石膏本身价格较低,而磷石膏工业化处理成本较高,无法得到推广,并针对以上问题提出了多种解决思路。指出磷石膏未来的发展需要政府政策的支持,以及维持磷石膏市场需求和新增装置之间的平衡。磷石膏利用方面,无害化处置是基础,路基材料是磷石膏消纳的主要途径,土壤化和生态修复是磷石膏利用的新方向。

改性磷石膏对超硫酸盐水泥水化特性的影响

本工作研究改性磷石膏对超硫酸盐水泥(SSC)早期水化热、强度、孔溶液pH值、水化产物和微观形貌的影响。与通用硅酸盐水泥(CPC)体系相比,SSC体系早期水化速率较慢、水化热较低、诱导期延长,第二放热峰出现延后,表现出较低的早期水化特性,磷石膏的改性方式可调控早期水化速率和体系水化活性。SSC体系主要水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,浆体pH值稳定在11,其强度与磷石膏特性有关,煅烧处理可提高其中后期强度,而石灰中和处理可提高全龄期强度。磷石膏经处理后,活性增加,产生更多的AFt和C-S-H凝胶,使其结构密实、强度增加。

多物质联用对磷石膏中磷的固定效果与机理分析

采用微生物-植物联用的磷石膏无害化处理方法,在磷石膏渣场土壤中富集筛选出2种聚磷菌,通过鉴定得知分别是假单胞菌(Pseudomonas sp.)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。将生石灰改性的磷石膏与少量土壤按质量比混合后,与已经配置的有机肥-微生物液体菌剂均匀混合,按不同混合比例放入渗滤土柱装置中并在表层种植高羊茅,底部收集渗滤液,通过钼酸铵分光光度法测量液体中总磷浓度变化,磷石膏:土:生石灰:有机肥:微生物:草籽质量比为7:3:0.2:0.2:0.03:0.03的组磷浸出浓度在1 mg/L以下,质量比为8:2:0.2:0.2:0.03:0.03的组浸出液总磷浓度不超过4 mg/L,对比新鲜磷石膏浸出液总磷浓度(633.9 mg/L),多物质联合处理磷石膏中磷的固定率达到99%。筛选的菌株在混合土壤中存活量最高可达6.4×10^(6)cfu/mL且活菌数量随时间保持稳定或缓慢增长趋势。为解决磷石膏堆积区磷浸出浓度超标的问题以及磷石膏无害化处理提供了有效支撑。

磷石膏矿山充填材料研发与性能试验研究

为了研究固废磷石膏制备矿山充填材料的可行性,以磷石膏为骨料,添加电石渣、矿渣制备充填材料。采用单因素试验和正交试验法研究了电石渣质量分数、矿渣质量分数、物料质量分数,以及烘干温度对充填材料抗压强度的影响规律,并利用SEM分析了样品的微观形貌特征。试验结果表明:当磷石膏、电石渣、矿渣质量分数分别为65%、5%、30%时,物料质量分数为65%充填材料的强度及初始流动度满足充填要求。在130℃烘干8 h条件下,充填材料峰值强度最高。电石渣激发了矿渣活性,磷石膏与矿渣形成了针状钙矾石及水化铝酸钙和水化硅酸钙凝胶,增强了充填材料强度。