转晶剂对磷石膏制备无水硫酸钙影响的研究

磷石膏(PG)产生量大、资源化利用困难,严重影响磷化工行业的发展。为提高PG应用附加值,以除杂后的PG为原料,以NaCl和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为转晶剂,采用常压盐溶液法制备高白度无水CaSO_(4)。通过SEM、XRD、FT-IR、粒度分析仪等分析方法研究转晶剂对无水CaSO_(4)制备的影响。结果表明:当NaCl质量分数为15%、EDTA-2Na质量分数为0.5%时,PG结晶水脱水时间由120 min缩短至40 min,脱水效果显著;同时,无水CaSO_(4)晶体粒度分布均匀,颗粒表面完整,D_(50)为5.26μm,白度值为92.5%,P_(2)O_(5)质量分数仅为0.045%。这主要是因为非晶格Na^(+)降低了体系中水的活度,促进PG脱水转晶及杂质脱除;EDTA-2Na中羧基基团与石膏晶体表面的Ca^(2+)发生配位形成的配位离子层可调控无水CaSO_(4)晶体生长,修饰晶面。

转晶剂对不同工业石膏制备α-半水石膏的影响

磷石膏和脱硫石膏是堆存量最大的工业固废石膏,将其转化为半水石膏作为建筑胶凝材料是最主要的资源化利用途径。采用蒸压法制备α-半水石膏,以磷石膏和脱硫石膏为原料,天然石膏作为对照组,探究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硫酸铝[Al_(2)(SO_(4))_(3)]、复合转晶剂CM(硫酸铝、柠檬酸钠)对α-半水石膏晶体形貌的调控作用及其强度的影响。结果表明,于135℃下蒸压5 h,3种石膏均能稳定制备α-半水石膏,3种转晶剂对于半水石膏物相组成无影响,同时0.4%(质量分数)CM能够有效降低晶体的长径比;通过t检验法检测,转晶剂对脱硫石膏、天然石膏制备的α-半水石膏的抗压强度有显著性增强作用,α-半水石膏的抗压强度增加2倍以上,分别为13.59 MPa和17.45 MPa。而转晶剂对以磷石膏为原料制备的α-半水石膏的强度没有明显作用。脱硫石膏和天然石膏在0.4%CM的调控下晶体长径比降低,抗压、抗折强度显著提升,而磷石膏由于其杂质影响,转晶剂的作用效果不明显,研究结果可为工业石膏的工业化生产提供一定的理论指导。

磷石膏制备高强α-半水石膏及高值化利用研究进展

工业废渣磷石膏的处理和高值化利用是我国乃至世界性难题,以磷石膏为原料制备高强α-半水石膏是实现磷石膏高值化利用的重要途径。详细概述了以磷石膏为原料转晶制备高强α-半水石膏的预处理方法,比较了各种制备工艺的优缺点,讨论了转晶剂的类型及转晶机理,介绍了α-半水石膏在3D打印、工艺美术、自流平砂浆、增强石膏等行业的应用情况,并指出了未来磷石膏制备高强α-半水石膏的重点研究方向。

预处理对磷石膏制备α-半水石膏的影响

对磷石膏原料做不同的预处理,利用动态水热法制备α-半水石膏,通过表征试样的微观晶体形貌、XRD以及宏观抗压强度特性,探索预处理对磷石膏制备α半水石膏的影响。结果表明,利用动态水热法制备α-半水石膏的时候,预处理更加有利于磷石膏制备α半水石膏,且采用碱处理的方式,更加容易制备短柱状的α半水石膏晶体,但是碱性过高,制备出来的α半水石膏水化后的力学性能会有所下降。

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。

盐酸溶解磷石膏重结晶制备石膏晶须

以工业磷石膏为原料,使用盐酸对其进行溶解,探索了单因素试验条件(盐酸浓度、液固比、反应温度、反应时间)对磷石膏溶解率的影响,得到了磷石膏最佳溶解条件:盐酸浓度4 mol/L、液固比20 mL/g、反应温度80℃、反应时间20 min,在此条件下溶解率为86.12%;探究了控温速率对石膏晶须析出率、产物组分、结晶程度和微观显微形貌的影响规律,结果表明:降温速率差异对石膏晶须析出程度几乎没有影响;4种降温速率(0.40、0.30、0.27、0.20℃/min)下的产物均为二水硫酸钙;石膏晶须的特征衍射峰均较尖锐,形成的晶粒较大,结晶程度较高;随着降温速率的减小,石膏晶须的长径比不断增大、形貌更加均匀。研究成果为工业磷石膏的高值高效利用提供了新思路。

Hydration of Activated Anhydrate Phosphogypsum

Phosphogypsum（PG） calcined at 500 ℃ was activated by K2SO4 and salt lime with loose structure as seed crystal. To determine the effect of activation, hydration of the anhydrate PG activated was investigated by examination of the setting time, the proportion of hydrated anhydrate PG, the microstructure of the hardenite and the resistance to water. Results show that activated anhydrate PG hydrates much more rapidly than that in the absence of activators. The activated anhydrate PG has proper setting time and hydrated proportion. The resistance to water was greatly improved. SEM photos show that the set activated PG has hydrated products of rod-like and closely connected crystals. The different addition of activator leads to different compact structure.

微波辅助酸浸实现磷石膏中稀土元素有效浸出

磷石膏(PG)是磷肥工业中一种含有稀土元素的废弃物,稀土元素含量低但储量大,从磷石膏中回收稀土元素具有较大的经济价值。本研究重点是磷石膏的深入表征以及浸出过程研究,采用微波辅助酸浸磷石膏实现稀土元素浸出的方法。结果表明:在微波辅助条件下,当硝酸浓度为2.0 mol/L,固液比为6∶100(g/mL),浸出温度为80℃,浸出时间为30 min时,磷石膏稀土总元素的浸出率为96.52%。借助SEM、XRD探究微波酸浸机理,进一步表明在微波酸浸过程中由于微波、高温等相互作用会破坏晶体结构使颗粒细化,从而促使微波浸出效果比水浴浸出效果高12.3%。

Mg^(2+) 对半水硫酸钙晶须结晶习性的影响

本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须,采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg^(2+)作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究,运用分子动力学技术模拟计算Mg^(2+)在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数,两者结合探讨Mg^(2+)对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明,Mg^(2+)和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为:ΔE_((200))<ΔE_((002))<ΔE_((400))<ΔE_((020))<ΔE_((204))即Mg^(2+)主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg^(2+)与SO^(2-)_(4)间的作用距离小于Ca^(2+)与SO^(2-)_(4)间的作用距离,Mg与S之间产生了明显的电子效应,且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强,XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显,说明有少量的Mg^(2+)嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数,下同)时,优先促进晶体c轴方向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细长针状,平均长度为47.29μm,平均长径比为36.07;在硫酸镁掺量为0.30%时,抑制晶体沿c轴和径向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细短针状,平均长度为39.72μm,平均长径比为28.91。

MgCl_(2)溶液中顺丁烯二酸调控α半水磷石膏晶形

盐介质和转晶剂是常压盐溶液法制备α半水磷石膏的关键因素,本文研究了MgCl_(2)溶液中顺丁烯二酸对磷石膏制备α半水磷石膏晶体形貌、硬化体抗压强度及微观结构的影响。结果表明,在MgCl_(2)溶液中能够制备出长柱状α半水磷石膏,添加顺丁烯二酸能够调控α半水磷石膏的晶体形貌,使其从长柱状向短柱状转变。随着顺丁烯二酸浓度的增大,α半水磷石膏的长度缩短、直径增大、长径比降低。在顺丁烯二酸作用下,α半水磷石膏(200)、(020)和(400)晶面强度降低,(204)晶面强度增加。在(200)、(020)和(400)晶面上,Ca^(2+)位于SO_(4)^(2-)之间,顺丁烯二酸在表面上吸附存在空间位阻效应。(204)晶面上Ca^(2+)间不存在SO_(4)^(2-),顺丁烯二酸的2个COO-可以分别与2个Ca^(2+)作用形成稳定的吸附构型,阻碍α半水磷石膏沿长度方向生长。未添加转晶剂时,α半水磷石膏的硬化体内部孔洞较多,孔直径较大,整体较疏松,抗压强度只有12.5MPa;当顺丁烯二酸浓度为1.08 mmol/L,α半水磷石膏的硬化体结构致密,内部孔洞数量明显减少,抗压强度达到26.5 MPa,合适的顺丁烯二酸浓度为0.54~1.08 mmol/L。

磷石膏基超硫酸盐水泥水化过程中胀缩行为研究

磷石膏基超硫酸盐水泥(PSSC)水化时存在体积胀缩行为,这种行为对工程建筑的稳定性是否产生不利影响尚不明确,因此明晰该行为的产生机制至关重要.为探究PSSC的胀缩机制,开展了“恒体积法”膨胀力、体积胀缩量、水化热、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)试验,研究水化热、失水率、各水化产物的含量、水化物的晶体形态对体积胀缩的影响;通过汞孔隙法(MIP)进一步揭示胀缩行为对结构孔隙的影响.结果表明:水化前期,水化温度急剧上升,水化产物中钙矾石呈放射状生长,引起PSSC迅速膨胀;水化中期,PSSC的膨胀速率随着钙矾石生成速率的减缓而降低;水化后期,PSSC体系的持续失水导致其体积略有回缩.MIP结果进一步证明,胀缩行为使得孔隙结构更加密实.

磷石膏浮选-常压盐溶液转晶制备α-半水石膏

为了实现磷石膏的高值化利用,以湖北某地磷石膏为原料,采用泡沫浮选-常压Na2SO4溶液转晶法制备α-半水石膏。结合SEM-EDS、XRF、XRD、FT-IR、TG-DSC、白度测试与力学强度分析等手段表征产物形貌、组成与力学性能。结果表明:产物尺寸均匀、长径比为1.50±0.271;产物建材白度为84.6%,纯度高于95%;原料中大部分Si、F和P类杂质得以脱除,达到磷石膏用于石膏建材原料GB/T 23456—2018《磷石膏》中的I级磷石膏要求;转晶产物烘干抗压强度、2 h抗折强度分别高于36.3、7.7 MPa,满足相关国家标准与行业标准对高强石膏力学强度等级的要求。实验证明该工艺可以制备出高白度、高纯度和高强度的α-半水石膏,实现了磷石膏的无害化与资源化。

缓凝剂对磷石膏-硫铝酸盐水泥复合胶凝体系性能影响

本文研究了柠檬酸(CA)和蛋白质类(SC)两种缓凝剂对磷石膏-硫铝酸盐水泥复合胶凝体系性能的影响,并对其进行流动度、凝结时间、抗压强度测试,以此来评价复合体系的工作性能和力学性能,通过分析浆体电导率、物相组成和微观形貌的变化来阐明不同缓凝剂的影响机制。结果表明,达到相同的凝结时间时,SC作用下复合胶凝体系的强度损失较CA更小。两种缓凝剂的引入对复合体系水化诱导期和加速期都有一定的抑制作用,同掺量下缓凝剂CA较SC的抑制作用更大。缓凝剂CA会导致二水石膏晶体呈扁平、粗大的结构,对复合体系的力学性能影响更大;而SC会使二水石膏晶体的整体尺度增大,但对晶体形貌影响不大,对复合体系力学性能的劣化作用更小。

磷石膏制备纳米CaCO_(3)的碳化工艺条件研究

以工业固废磷石膏、CO_(2)为原料,采用“相转移-沉淀法”制备纳米CaCO_(3)并考察其碳化工艺条件。结果表明,适宜的复合晶形控制剂及其配比为2.5%STPP+0.5%PDS;适宜的碳化沉淀反应工艺条件为:复合晶形控制剂添加质量分数为3%、碳化终点pH为12.40、碳化反应温度为15℃、陈化时间为0 min。该条件下所制备的纳米CaCO_(3)样品为纯相方解石型CaCO_(3),样品的平均粒径约30 nm,分散性好且粒度较为均匀。晶形控制剂在纳米CaCO_(3)形成的作用机制为PDS的模板诱导作用,以及Ca^(2+)与晶型控制剂水解产生的磷酸根间鳌合、电离所形成的P3O105-离子在CaCO_(3)晶核上的选择性吸附等的协同作用,有效抑制了CaCO_(3)晶粒的生长及其颗粒间团聚,促进了粒径小、粒度均匀、分散性好的纳米CaCO_(3)的形成。

磷石膏制备轻质墙体材料试验研究

采用在低温煅烧过的磷石膏中加入缓凝剂和发泡剂的方法制备轻质墙体材料,研究了缓凝剂、水灰比和发泡剂对磷石膏试块强度和轻质化的影响。力学实验测试表明:缓凝剂掺量0.1%、水灰比0.65、发泡剂掺量0.02%的工艺下,磷石膏试块7 d的抗压强度为4.6 MPa,抗折强度为2.2 MPa,初凝时间为27 min,体积密度为0.82 g/cm3;扫描电镜分析表明:此工艺下的磷石膏试块中孔隙合格且结晶质量良好。

共晶磷对石膏性能的影响及其作用机理

共晶磷是磷石膏中仅次于可溶磷的有害杂质,影响了磷石膏的应用性能。采用分析纯模拟共晶磷的生成条件制取共晶磷含量较高的石膏样品,经煅烧成半水石膏后加入到天然建筑石膏中,进行物理力学性能试验,并利用扫描电镜、原子吸收光谱、红外吸收光谱结合化学分析的手段,研究了共晶磷对石膏性能的影响及其作用机理。结果表明:共晶磷明显降低了建筑石膏的水化率,使二水石膏析晶过饱和度降低,晶体粗化,结构疏松,硬化体强度降低。在二水石膏煅烧成半水石膏的过程中共晶磷并没有发生变化,仍存在于石膏晶格中;在建筑石膏水化过程中,共晶磷从晶格中溶出,变成可溶性磷HPO42-溶解在浆体中,HPO42-电离出H+和PO43-,其中PO43-又迅速与溶液中大量存在的Ca2+结合,转变为难溶性Ca3(PO4)2覆盖在晶体表面,阻碍了石膏的进一步水化,从而导致硬化体强度降低,而富余的H+则导致了浆体pH值的降低。

Fe^(3+)对水热合成硫酸钙晶须性能的影响

以硫酸钙(分析纯)、磷石膏为原料,水热法制备硫酸钙晶须,实验考察了Fe3+对晶须性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、能量色散X射线光谱仪(EDX)等对产物进行表征。结果表明,Fe3+可促进硫酸钙晶须的轴向生长,有助于获得大长径比的硫酸钙晶须;当n(Ca)/n(Fe)=20左右时,硫酸钙(分析纯)制得晶须长径比达到最大值80,磷石膏制得晶须长径比为60;Fe3+可有效改善磷石膏水热制得晶须的形貌,抑制晶体的分叉生长,对磷石膏制得晶须白度也有一定程度的提高。

混合助晶剂促进大长径比硫酸钙晶须的调控研究

以预处理后的磷石膏为原料,氯化镁、丙三醇、丙三醇/无水乙醇、丙三醇/硬脂酸为助晶剂,采用水热法制备了硫酸钙晶须,利用XRF、SEM、XRD和FT-IR分别对硫酸钙晶须的成分含量、表面形貌、物相特征等进行了表征。结果表明,混合助晶剂能够明显增大硫酸钙晶须的长径比,提高晶须合成率,改善晶须形貌。在丙三醇/无水乙醇体系中,当V(无水乙醇)/V(丙三醇)=0.8时,硫酸钙晶须的合成率为96%,长径比可达90。在丙三醇/硬脂酸体系中,当m(硬脂酸)/m(磷石膏)=2%时,硫酸钙晶须的合成率为94%,长径比可达75。

磷石膏加气轻质墙体材料实验探讨

利用固体废弃物磷石膏制备轻质墙体材料,实验研究了煅烧温度、水灰比和铝粉掺量对磷石膏试块的强度和轻质化的影响,通过扫描电镜(SEM)分析磷石膏试块内部和表面的结晶情况。实验结果显示:当煅烧温度为170℃、水灰比0.70、铝粉掺量0.02%的工艺下,磷石膏试块7d的抗压强度为4.6MPa,抗折强度为2.1MPa,体积密度为0.93g/cm3。

高品质磷石膏生产工艺研究

研究了结晶反应温度、时间、搅拌速度、表面活性剂对磷石膏中共晶磷含量的影响。实验条件下,共晶磷含量减少约70%。当产品磷酸质量分数32%时,共晶磷含量为0.5%。