脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用

随着中国工业的不断发展,产生了大量的脱硫石膏,目前脱硫石膏的综合利用量虽在逐年增加,但其利用率却在降低,探寻脱硫石膏的高值化利用途径迫在眉睫,其中脱硫石膏资源化利用途径之一是将其脱水转化成α-半水石膏。利用脱硫石膏来制备高性能、高附加值的α-半水石膏,不仅能减轻石膏堆积对环境的污染,减少天然石膏的开采,还能带来新的经济效益。基于此,系统地综述了国内外脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状及影响因素,总结了其生产工艺路径及应用,并对推进脱硫石膏的减量化、资源化利用提出了展望,旨在提高固废利用率,促进“碳中和、碳减排”。

湿基α-半水石膏制备高强石膏制品研究

为实现湿基α-半水石膏制备高强石膏制品,研究了湿基α-半水石膏陈化时间、粉磨时间、浇筑料浆温度及缓凝剂掺量等工艺参数对高强石膏凝结时间和强度的影响,并确定最佳制备工艺。此外,采用X射线衍射、扫描电子显微镜等微观测试手段,揭示了各因素对强度的影响机理。结果表明:陈化时间越长,石膏凝结时间越短,制品强度越低;随着粉磨时间延长,石膏凝结时间显著缩短,制品强度先升高后降低;料浆温度越高,石膏凝结时间越长,制品强度越低。最佳制备工艺:陈化时间5 min、粉磨时间20 s、料浆温度20℃。在此基础上加入0.08%(质量分数)缓凝剂能够有效地延长石膏凝结时间并提高硬化强度,制备的石膏制品性能优异,绝干抗折强度为14.1 MPa,绝干抗压强度为58.3 MPa。微观测试结果表明,各工艺参数会通过改变石膏标稠用水量和水化进程来影响石膏内部结构的密实程度和二水石膏晶体的生长发育,最终影响制品硬化强度。

半水石膏转晶二水石膏工艺研究

在湿法磷酸净化中副产的半水硫酸钙晶型不稳定,易水化,残磷高,若直接排放,不仅磷损失量大,且增加环保压力。为了提高磷石膏品质和磷回收率,试验研究了半水石膏转晶二水石膏的较优工艺条件,提高了磷石膏品质,减少了环境污染,并具有良好的经济效益和社会效益。

湿法磷酸半水工艺考察与石膏结晶过程研究

湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P_(2)O_(5))>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO^(2)_(4−)浓度、磷酸浓度、反应温度等条件对半水石膏结晶物相、形貌及粒径的影响规律,分析了优化条件下石膏杂质赋存与含量变化。结果表明,半水反应中液相硫酸、磷酸浓度会引起半水石膏物相、形貌、粒径变化,磷硫浓度提高会导致石膏晶体形貌由柱状变化为棒状、片状,粒径从70μm减小到10μm。优化工艺条件下,半水石膏较原工艺石膏P_(2)O_(5)含量降低至1.39%(质量),磷的主要存在形式为难溶性磷酸盐,同时F含量降低至0.44%(质量),其以CaF2、AlF3等难溶物形式存在于石膏,其他杂质含量均有所降低。本研究可为半水工艺生产过程参数优化及半水石膏品质提升提供参考。

湿法磷酸脱硫工艺条件研究

由于现有的湿法磷酸净化工艺在磷酸脱硫过程中有大量的硫酸钙晶体产生,且反应条件不同时会生成不同水合结晶形态的硫酸钙,故需优化净化工艺参数。结合现有的湿法磷酸生产技术,试验研究了磷酸脱硫的最佳工艺条件,在此工艺条件下,脱硫效果最佳,脱硫率能达到90%以上,且生成的石膏为半水石膏。

半水硫酸钙晶须水化过程

对半水硫酸钙晶须水化产物进行了形貌的实时、非实时观测和XRD分析.结果表明半水硫酸钙晶须水化过程的显著特点在于其晶型和形貌的改变及由此引起的长径比减小;半水硫酸钙晶须的水化过程包括3个阶段:半水硫酸钙晶须水化初始期,二水硫酸钙晶须生成期,二水硫酸钙晶须的粗化溶解及新的二水硫酸钙晶体生成期.半水硫酸钙晶须的水化过程与半水石膏的水化过程略有不同.

磷石膏制备β半水石膏粉的研究

研究了磷石膏制备半水石膏粉的工艺条件,通过添加减水剂改善磷建筑石膏的力学性能。采用常规分析、XRD和扫描电镜等方法对磷石膏原料、磷建筑石膏粉和石膏产品进行分析和表征。结果表明:在温度为180℃和焙烧时间为2.0 h条件下,磷建筑石膏粉β半水石膏质量分数达到75.24%,绝干抗压强度达到9.6 MPa;建筑石膏强度随着减水剂掺量的增加而升高。聚羧酸减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到15.0 MPa,强度提高近64.84%;FDN减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到14.8 MPa,强度提高近62.64%;木质素减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到13.9 MPa,强度提高近52.75%。

α半水石膏晶体生长习性的探讨

目的探讨α半水石膏晶体在纯水、硫酸(盐)、有机酸盐介质水溶液中的生长习性.方法采用加压水溶液法,在0.18MPa压力下水热处理制得α半水石膏晶体,采用激光粒度分析仪、体视显微镜观测晶体的粒度、形貌特征.结果α半水石膏在纯水介质中沿C轴的生长速度最快,SO42-离子加速晶体粗化,晶体沿C轴的生长速度被抑制,[RCOO-]对晶体沿C轴有良好的压缩作用.结论α半水石膏晶体在纯水介质中自由生长成针状产物,在硫酸(盐)介质中宽度生长被加速而长度生长被延缓,在有机酸盐介质中生长速度延缓、其"结晶中心"是以二水石膏转变为半水石膏后的晶体为主.

我国湿法磷酸工艺路线发展趋势

针对国内湿法磷酸面临的资源利用度低、污染严重,发展方向不甚明确的现状,回顾了国内外湿法磷酸发展过程,评论了国内已形成生产能力的"四、六"工程和硫磺制酸工艺。提出在硫磺制酸的基础之上,实现在磷酸中制造石膏晶须以发展半水物法,可实现湿法磷酸的清洁生产,同时有望继续提升该行业和相关行业的经济效益。

利用脱硫石膏制备α-半水石膏的蒸压制度研究

使用脱硫石膏做原料,利用动态水热法制备α-半水石膏,通过测定试样的XRD、TG-DSC、粒度等微观性能以及试样中α-半水石膏含量,分析蒸压制度的影响。结果表明,利用动态水热法制备α-半水石膏的时候,石膏的相转变温度在105-110℃之间,但是130℃以上转变速率较快;在130℃蒸压时完全转变成为半水石膏需要3 h左右;料浆浓度20%-30%之间,搅拌棒速率控制在150 r/min左右,对石膏的粒径分布较好。

磺化三聚氰胺对α半水石膏水化进程、结构和性能的影响

利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)和水化温度等测试手段分别研究了高磺化度三聚氰胺超塑化剂(SMF)对α半水石膏水化反应进程,硬化体微结构,标准稠度需水量和抗压强度等力学性能的影响.结果表明:SMF可以降低α半水石膏水化速率;SMF最佳掺量为0.4%,此时α半水石膏标准稠度需水量最高可以降低22.22%,硬化体抗压强度最高可以提高47.56%;SMF可以增加硬化体结构致密度,增大石膏晶体粒径,但也会增加体系内应力并破坏硬化体结晶网络.

磷酸盐对α半水脱硫石膏凝结硬化的作用机理

研究磷酸盐对α半水脱硫石膏水化反应进程、液相离子浓度与过饱和度以及水化产物形貌与硬化体强度的影响,结合X光电子能谱分析技术对磷酸盐缓凝机理进行分析.结果表明,磷酸盐抑制α半水脱硫石膏早期水化,使水化放热减缓,早期水化速率降低,凝结时间延长;磷酸盐改变了二水石膏晶体生长习性,晶形由长棒状转化为板状,并使晶体粗化,硬化体强度降低;磷酸盐通过化学作用吸附在二水石膏晶体表面,抑制离子扩散和晶面生长,这是二水石膏缓凝的内因,对晶面的选择性吸附改变了二水石膏晶体生长习性和形貌,是硬化体强度降低的原因所在.

海口磷矿二水-半水法萃取磷酸试验

以海口磷矿为原料进行二水-半水法萃取磷酸试验研究,试验获得了二水-半水工艺制取磷酸的优惠工艺条件。该工艺条件下获得的磷收率较二水流程高2个百分点,获得的磷石膏质量达建材石膏要求。

α半水石膏水热法制备工艺参数对颗粒粒度特性影响探讨

粒度分布是高性能α半水石膏重要的颗粒特性,影响着半水石膏的标准稠度需水量和硬化浆体微结构。文章探讨了α半水石膏水热法制备过程中工艺参数对石膏粒度分布和转化时间的影响。结果表明:搅拌速率是影响α半水石膏粒度分布的最主要因素,随着搅拌速率提高,二次成核速率呈指数增加。转化温度升高有利于半水石膏细度的降低和转化时间的缩短,但随着转化温度升高半水石膏细度变化幅度降低。浆体固液比与半水石膏细度呈反比,不利于制备细小的半水石膏颗粒,但它对于提升产品的产率,降低单位质量产品能耗具有重要意义。

萘系超塑化剂对α半水石膏水化进程,结构和性能的影响

利用热重分析(TG),扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了萘系超塑化剂(NBS)对α半水石膏的水化进程,硬化体产物微结构,标准稠度需水量以及抗压强度等性能方面的影响。结果表明:萘系超塑化剂可以加快α半水石膏早期水化速率,减缓其后期水化速率;其最佳掺量为0.5%,标准稠度需水量最高可以降低16.67%,抗压强度最高可以提高22.30%;萘系超塑化剂可以增加硬化体致密度,也会增加体系内应力破坏结晶网络。

从湿法烟气脱硫残渣制取α型半水硫酸钙的研究

作者提出一种处理烟气脱硫残渣的新方法。该法将脱硫残渣在硫酸溶液中转变为ＦＧＤ石膏，同时回收ＳＯ２。ＦＧＤ石膏在碱土金属盐类和硫酸的混合液中，于大气压下加热脱水生成α型半水硫酸钙。研究中发现酸浓度和温度是影响ＦＧＤ石膏脱水速度最敏感的因素；固液比虽然对脱水速度影响不大，但于晶体生长和习性改良不利；ｐＨ值愈接近中性范围，愈能增强α型半水结晶在液相中的稳定性。

半水物湿法磷酸开发过程中的几个关键性的技术进展

根据云南磷矿反应活性好，而抗阻缓性差的特点开发了双槽工艺，在萃取磷酸过程中充分发挥了云南磷矿的特性；根据结晶理论，利用返料中的晶种抑制了晶体的成核速率，为获得较好的晶核成长创造了条件；消泡剂、结晶改良剂、阻垢剂三剂的应用研究，又为改善操作、长周期稳定运行创造了条件，从而促进了结晶的聚合，获得了易于过滤的聚晶；水力学模型的研究，开发了带导流筒的搅拌装置，为高效搅拌的工程原型设计及实际生产运行提供了科学依据。这些技术的进展使半水物湿法磷酸的技术开发进入了实用阶段，实现了工业化。

转晶剂对磷石膏制备α半水石膏影响的研究

转晶剂是磷石膏制备α半水石膏的重要影响因素。利用固体废弃物磷石膏制备高强α半水石膏,实验采用了半干法的工艺,研究了不同转晶剂单掺和复掺对高强α半水石膏晶粒的生长及其水化硬化后力学强度的影响,通过扫描电镜(SEM)分析了高强α半水石膏内部晶粒生长情况和水化后结晶情况。实验结果显示:单一转晶剂对α半水石膏的力学性能影响并不显著,相对来说柠檬酸钠的影响较为明显。而转晶剂复掺效果最好,当掺入的柠檬酸钠与硫酸铝的比例为1∶1,掺量各为0.06%时,得到的晶粒完整,水化硬化后试块的抗折强度为6.7 MPa,抗压强度为25.65 MPa。

堆存温度对半水磷石膏胶凝性能影响

半水磷石膏(HPG)长时间堆存状态下会出现固结现象,其胶凝性能也相应下降.以室内HPG结晶水检测和单轴压缩试验为基础,通过设定4种不同堆存温度,分别为20,40,60和80℃,探究不同堆存温度作用下HPG试样结晶水质量分数变化和堆存后制备的充填胶凝材料(HCM)抗压强度发展规律,并采用扫描电镜等微观分析手段研究堆存温度对其强度影响机制.结果表明,堆存温度对HPG胶凝性能影响显著,高的堆存温度会加快HPG试样中的自由水转变为结晶水速率,而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展.采用数据标准化对不同堆存温度作用后的试样抗压强度作出预测,被证实与实测值较吻合.微观分析发现,堆存温度主要影响体系的过饱和度,而使不同堆存温度作用后制备的HCM微观形态表现差异.

双槽半水物湿法磷酸生产技术

介绍了半水物湿法磷酸工艺在开发过程中，根据云南磷矿反应活性好，而抗阻缓性差的特点开发了双槽工艺；根据结晶理论，利用返料中的晶种抑制了晶体的成核速率，为获得较好的晶核成长创造了条件；水利学模型的研究，开发了带导流筒的搅拌装置，为高效搅拌的工程原型设计及实际生产运行提供了科学依据；对半水石膏在工艺过程中的稳定性进行了测试，摸清了其规律，使半水物工艺生产做到连续、稳定、安全运行。对结垢物的研究，找到了适合半水物工艺的阻垢剂、消泡剂、结晶改良剂。３剂的应用，又为改善操作，长周期稳定运行创造了条件。本文还介绍了半水物工艺开发中的技术创新点。这些技术的进展使半水物湿法磷酸的技术开发进入了实用阶段。