【冠亞技術CS-001石膏水份快速測定儀】磷石膏是磷酸和磷酸鹽肥料生(shēng)産過程中(zhōng)産生(shēng)的副産物(wù)，在很多領域都是一(yī)種可用的基礎素材。磷石膏的綜合利用不僅能解決磷石膏的堆放(fàng)問題而且還能解決環境污染的問題。磷石膏改性及其應用是當前研究熱點之一(yī)。

1.磷石膏概述

      磷石膏主要是在磷酸生(shēng)産過程當中(zhōng)，磷礦經過硫酸的侵蝕所産生(shēng)的固體(tǐ)廢渣，是一(yī)種可回收利用的材料，特别是在當前的循環可持續發展思想下(xià)，磷石膏更是在多個領域得到了應用。

1.1磷石膏的物(wù)理特性

      磷石膏是一(yī)種顔色爲灰白(bái)色或黃白(bái)色的并且主要以針狀晶體(tǐ)、多晶核晶體(tǐ)、單分(fēn)散闆狀晶體(tǐ)、密實晶體(tǐ)結晶形态存在的細粉狀固體(tǐ)。磷石膏中(zhōng)的主要礦物(wù)成分(fēn)爲石膏，石膏在磷石膏全料中(zhōng)約占96%~97%，其次是石英和選礦劑殘渣，石英占磷石膏的3%左右。磷石膏的含水率随溫度的升高而迅速增大(dà)，磷石膏溶解度極小(xiǎo)并且溶解度随溫度升高而降低，層間滲透性大(dà)于水平層内的滲透性，磷石膏材料是應變軟化材料。

1.2磷石膏的化學特性

      磷石膏的主要化學成分(fēn)是氧化鈣和三氧化硫，磷石膏中(zhōng)還含有一(yī)定量的結晶水以及二氧化硫、磷、氟和有機物(wù)等雜(zá)質，磷石膏粒徑呈正态分(fēn)布且分(fēn)布較爲集中(zhōng)，磷石膏中(zhōng)雜(zá)質含量的多少與磷石膏的形貌息息相關，磷石膏的形貌越規則，磷石膏的粒徑就越大(dà)，磷石膏中(zhōng)雜(zá)質的含量就越少。磷石膏具有耐高溫和耐化學腐蝕的特點，磷石膏最大(dà)的優點就是強度高、韌性好。磷石膏與聚合物(wù)具有非常強的親和力，這使得磷石膏容易用聚合物(wù)進行表面處理，也能與聚合物(wù)加工(gōng)生(shēng)成複合材料。

1.3磷石膏的主要元素及其分(fēn)布

      在磷石膏中(zhōng)，主要元素的分(fēn)布規律爲：

（1）K、Fe、Mg、Cr、As、Zn、F等元素，随堆存時間增加，流失量也增加，流失率爲69.2%~100.00%。新鮮磷石膏堆存一(yī)年之後，Zn、Mg、Cr元素幾乎完全流失。

（2）堆存時間增加，Na、Co、Pb、Sr含量下(xià)降幅度不大(dà)，流失量比較小(xiǎo)。

（3）Ti、Ni的含量在堆存中(zhōng)沒有明顯變化，表現爲略微升高的趨勢。

2.磷石膏的改性

2.1磷石膏物(wù)理改性

2.1.1磷石膏的超聲改性

      刁夢娜等用超聲波對無水硫酸鈣晶須(ACSW)進行改性。具體(tǐ)做法是将 ACSW 分(fēn)散于無水乙醇中(zhōng)，超聲處理40min，在50℃下(xià)烘幹備用。無水硫酸鈣晶須超聲改性工(gōng)藝及操作簡單、成本低廉。超聲改性主要是提高磷石膏在其他材料中(zhōng)的分(fēn)散性以提高複合材料的均一(yī)性。

2.1.2常見改性處理

磷石膏常見的改性處理工(gōng)藝主要有：

(1)水洗：可除去(qù)共晶磷以外(wài)的其它雜(zá)質，除雜(zá)效率可達96.68%，但水洗生(shēng)産線一(yī)次性投資(zī)大(dà)，能耗高，污水排放(fàng)容易造成二次污染。

(2)浮選：類似于水洗，主要适用于有機質含量較高的磷石膏。

(3)石灰中(zhōng)和：可使有害态的磷、氟等雜(zá)質轉化爲惰性的難溶性鹽，從而消除這些雜(zá)質對磷石膏的不利影響。該工(gōng)藝簡單、投資(zī)少、除雜(zá)效果顯著，是目前應用最爲廣泛的一(yī)種除雜(zá)改性方法，但不能消除有機物(wù)對磷石膏性能的影響，特别适用于有機物(wù)含量不高的磷石膏。

(4)篩分(fēn)：磷石膏中(zhōng)的磷、氟、有機物(wù)等雜(zá)質随着磷石膏粒徑的不同含量分(fēn)布也不同，即随着粒徑變化呈現不均勻的分(fēn)布。可溶磷、總磷、氟和有機物(wù)雜(zá)質含量随着磷石膏顆粒度的增加而迅速增加；共晶磷含量随顆粒度的減小(xiǎo)而增加。該工(gōng)藝與磷石膏的雜(zá)質分(fēn)布和顆粒級配密切相關，應用範圍較小(xiǎo)，當雜(zá)質分(fēn)布嚴重不均時，除雜(zá)效果顯著，可優先選用。

(5)球磨：磷石膏中(zhōng)的晶體(tǐ)粗大(dà)、均勻、多呈闆狀，這種顆粒結構導緻磷石膏膠結材的流動性差，需水量大(dà)，硬化體(tǐ)性能差。而球磨處理可有效改善這種顆粒結構，使磷石膏顆粒粒度變小(xiǎo)，二水石膏的顆粒形貌和均勻尺度發生(shēng)破壞，呈現柱狀、闆狀等多樣化變化，進而使得膠結材流動性大(dà)幅度增加，最終降低了磷石膏的需水量，改善硬化體(tǐ)孔隙率高、結構疏松的缺陷。

(6)煅燒：共晶磷在800℃煅燒情況下(xià)可轉化爲惰性的焦磷酸鹽，高溫煅燒是目前去(qù)除磷石膏中(zhōng)共晶磷雜(zá)質最爲有效的方法。

2.2磷石膏的化學改性

2.2.1偶聯劑改性

      常采用矽烷偶聯劑、酞酸酯偶聯劑和有機酸對磷石膏進行有機改性。石文建等采用矽烷偶聯劑KH570對磷石膏晶須進行表面改性。考察了改性時間、改性溫度、改性劑用量等條件對磷石膏晶須的表面改性影響。并分(fēn)析了KH570對磷石膏晶須改性作用機理。結果表明：當KH570的用量爲磷石膏晶須質量的5%，改性時間爲80min，改性溫度在50℃時，獲得最佳的改性效果。

3.煅燒設備及工(gōng)藝

3.1煅燒設備

      目前常用的石膏煅燒設備主要有炒鍋、回轉窯、沸騰爐、氣流式煅燒、磨-燒一(yī)體(tǐ)化煅燒設備以及錘式烘幹機等。

3.1.1炒鍋

      炒鍋是以高溫煙氣爲熱源，通過直接或者間接加熱的方式實現氣流與物(wù)料之間的熱交換。炒鍋工(gōng)藝是一(yī)種傳統的煅燒工(gōng)藝，爲了适應氣料之間的高效換熱，其發展先後經曆了間歇炒鍋、連續炒鍋、埋入式炒鍋以及錐形炒鍋等階段,該工(gōng)藝技術成熟，易于操作，但生(shēng)産效率低、投資(zī)大(dà)、能耗高、環境差。

3.1.2回轉窯

      回轉窯是最傳統的煅燒方式，同樣以高溫煙氣爲熱源，通過直接或者間接加熱的方式實現氣料之間的熱交換。回轉窯又(yòu)分(fēn)爲内燒式、外(wài)燒式以及套筒式三大(dà)類。其中(zhōng)，内燒式和套筒式回轉窯通過石膏與燃燒氣流直接接觸換熱， 完成二水石膏脫水；外(wài)燒式回轉窯是在窯外(wài)加熱，窯内石膏通過筒體(tǐ)間接換熱脫水。該工(gōng)藝易于控制，操作彈性大(dà)，但工(gōng)藝系統複雜(zá)，熱耗較大(dà)。

3.1.3沸騰煅燒爐

      該工(gōng)藝以高溫煙氣爲熱源，通過床層内加熱管實現氣料熱交換，完成脫水分(fēn)解。該工(gōng)藝傳熱效率高、能耗低，但設備體(tǐ)積大(dà)，投資(zī)高。

3.1.4氣流式煅燒

      氣流式煅燒設備是将磨細後的物(wù)料與熱氣流直接接觸換熱完成二水石膏的脫水。常見的設備有:彼特斯磨、沙士基打磨、Delta磨以及斯德動态煅燒爐。該工(gōng)藝集粉磨與煅燒于一(yī)體(tǐ)，設備體(tǐ)積小(xiǎo)、投資(zī)省、生(shēng)産效率高、能耗低，但操作不穩定。

3.1.5 錘式烘幹機

      錘式烘幹機是與傳統的氣流幹燥管配合使用，集石膏的打散、幹燥、脫水、成品轉型于一(yī)體(tǐ)。該工(gōng)藝操作簡單、能耗低、投資(zī)省，但工(gōng)作溫度較低。此外(wài)，段慶奎等采用懸浮焙燒爐将雜(zá)質成分(fēn)複雜(zá)的磷石膏廢渣，處理成廣泛用于建築的高性能石膏制品，該工(gōng)藝擺脫了傳統工(gōng)藝中(zhōng)将磷石膏水洗後利用的老路子， 避免了環境與水的二次污染，節約水資(zī)源,且能夠生(shēng)産出符合國家标準的石膏粉。

3.2煅燒工(gōng)藝

      石膏煅燒工(gōng)藝按照加熱時間的長短可分(fēn)爲快燒工(gōng)藝和慢(màn)燒工(gōng)藝。前述述炒鍋系統、回轉窯系統、沸騰爐系統以及錘式烘幹機，物(wù)料在系統内的停留時間較長，高達30min~2h，屬于低溫慢(màn)燒工(gōng)藝。氣流式煅燒設備采用邊磨邊煅燒的方式，多是瞬間完成二水石膏的脫水，屬于快燒工(gōng)藝。

      此外(wài)，根據物(wù)料特性，煅燒工(gōng)藝還可分(fēn)爲一(yī)步法（幹燥附着水與脫去(qù)一(yī)個半的結晶水由同一(yī)台熱工(gōng)設備完成）與兩步法（幹燥附着水與脫去(qù)一(yī)個半的結晶水分(fēn)别由不同的熱工(gōng)設備分(fēn)别完成）。通常石膏原料的附着水含量較低時常采用一(yī)步法工(gōng)藝；附着水含量較高時宜采用兩步法工(gōng)藝。