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    化學石膏品質的綜合評價分析

      發表時間:2016-06-14 09:38:19  點擊數:1133 次

      一、我國化學石膏現狀

      化學石膏也稱工業副產石膏,是在工業生產中由化學反應生成的以硫酸鈣為主要成分的副產品或廢渣,其中占主要地位的是磷肥生產過程中排放的二水磷石膏,其次為煙氣脫硫石膏和氟石膏,還有少量的鈦石膏、鹽石膏、檸檬酸石膏等。由于化學石膏在生產過程中含有多種雜質,質地松散,必須經過一定的處理才能利用;而我國又是天然石膏大國,開采與加工費用低廉,嚴重影響化學石膏的利用,導致我國化學石膏的排放基本上以堆積為主,僅有少量得以應用。

      據不完全統計,目前我國磷石膏年排放量近2000萬噸,并且以每年15%的速度增長,累計堆積量近億噸,成為石膏廢渣中排量最大的一種,而其利用率不到5%。隨著國家加大火電廠對二氧化硫排放的治理力度,國家環保總局要求兩控區"十五"計劃中137個老火電廠脫硫項目2005年年底前應全部完成,屆時將削減SO2 211.8萬噸,按70%采用濕法石灰/石灰石-石膏脫硫技術計算,僅此一項就有約400萬噸脫硫石膏產出。加上新建和其它行業的脫硫石膏,預計到2010年,我國煙氣脫硫石膏年產出量將達到近1000萬噸。堆積如山的化學石膏不但占用了大量土地,耗資巨大,石膏中的有害雜質更對環境造成嚴重污染,同時也給排放企業帶來巨大負擔,嚴重制約了企業的良性發展。因此加快化學石膏的資源化進程,成為當前急為迫切的任務。

      從化學石膏的品質分析來看,大多數化學石膏(二水或無水)的品質都在80%以上,是一種非常好的可再生資源。綜合利用化學石膏,既有利于保護環境,又能節約能源和自然資源,符合我國可持續發展戰略要求。為了充分合理利用化學石膏,需要對不同種類、不同工藝和產地的化學石膏進行綜合的品質評價分析,以達到選擇最佳處理工藝,節約處理成本的目的。

      二、化學石膏品質評價

      1.磷石膏

      目前世界上磷化工中應用最廣泛的是濕法磷酸生產工藝,其中的二水硫酸鈣工藝(簡稱二水法)約占濕法磷酸產量的85%。不同工藝、不同產地的磷礦石制酸得到的磷石膏成分波動很大。

      磷石膏中的二水硫酸鈣含量超過普通天然石膏,是一種重要的再生石膏資源。但是,磷石膏中含有磷、氟、有機物等諸多有害雜質,使其性能劣化,因而不能直接用于生產建筑石膏。探明磷石膏中雜質的種類、形態、分布及其對性能的影響規律,是其資源化的基礎和關鍵。目前對可溶磷雜質研究較多,已基本搞清可溶磷對磷石膏性能的影響規律。有機物、共晶磷是僅次于可溶磷的有害雜質,這一點也已被廣泛接受。singh證實了有機物對磷石膏的有害性,并研究了以浮選法消除有機物的預處理工藝。研究結果表明,磷石膏中主要存在著以下幾類雜質,其影響作用各不相同。

      (1)磷

      磷石膏中的磷按其存在的形態可分為可溶性磷和非可溶性磷,其中以可溶性磷對性能的影響最大,其含量主要取決于洗滌、過濾工藝。可溶性磷主要以H3PO4 ,H2PO4- ,HPO42-三種形態存在,且以H3PO4對石膏性能最為不利,其次是H2PO4-。可溶性磷使半水磷石膏的凝結時間顯著延長,強度大幅降低。國內外一般采用水洗凈化或石灰中和預處理來消除可溶磷的影響。研究表明,經過二次水洗,可消除可溶性磷95%以上,石灰中和法是將可溶性磷轉化為難溶的磷酸鈣鹽,從而過到固磷的目的。

      磷石膏中的非可性溶磷由磷酸鹽沉淀,未分解的磷礦粉和共晶體磷三部分組成。在磷石膏的預處理過程中,由于用水洗、石灰中和等方法不能消除這部分磷,因此,它們被統稱為非可性溶磷。磷酸鹽沉淀是鐵、鋁等雜質與磷酸反應生成的?quot;磷酸鹽沉淀型"磷〕。鐵、鋁等雜質元素是磷酸生產中的有害雜質,其含量越高,消耗的硫酸量越大,造成的該類型的磷的損失也越高。未分解的磷礦粉由磷酸分解磷礦粉時,鈍化作用導致的"固態膜"形成的。這兩種非可溶性磷在磷石膏脫水與水化反應過程中不會發生變化,僅作為一種惰性填料,對半水磷石膏性能的影響可以忽略不計。共晶磷是指賦存于磷石膏晶格內的那部分磷。其含量一般在0.2~0.8之間,取決于對萃取工藝的控制。

      研究顯示,共晶磷存在于半水石膏晶格中,水化時從晶格中溶出,阻礙半水石膏的水化,共晶磷可降低二水石膏析晶的過飽度,減小二水石膏晶體成核的幾率,使形成的二水石膏晶核數相應減小,從而使二水石膏晶體粗化,晶體間的交錯搭接減少,導致硬化體強度降低。一般的處理不能消除共晶磷的影響,但在800℃下煅燒制備無水石膏時,可使共晶磷從晶格中析出。

      (2 )其它雜質

      磷石膏中其它雜質主要為氟、有機物、及少量金屬離子。 磷石膏中氟以可溶氟(NaF)與CaF2、Na2SIF6等難溶氟形態存在。研究實驗表明,影響磷石膏性能的是可溶氟,CaF2、Na2SiF6對磷石膏性能基本不產生影響。可溶氟對建筑石膏性能的影響主要為建筑石膏初終凝時間隨可溶氟含量增加而縮短,即可溶氟使建筑石膏促凝。可溶氟含量較低時,對建筑石膏強度影響較小,當其含量超過0.3%時,強度隨可溶氟增加而迅速降低。

      磷礦石帶入的有機物和磷酸生產時加入的有機絮凝劑使磷石膏中含有少量有機物。含量一般在0.12%~0.16%,分布在二水石膏晶體表面。主要為乙二醇甲醚乙酸酯、異硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷、2-乙基-1,3-二氧戊烷等。有機物使熟石膏標準稠度增大,凝結時間延長,強度降低,其有害作用僅次于可溶磷。通過浮選和高溫煅燒可消除有機物的影響。

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