摘要
磷石膏是一种难以高值化且综合利用率低的工业危险固体废物，我国已有超过5亿吨磷石膏被闲置堆放，限制磷化工企业的发展，对周边环境造成严重的危害。因此加快磷石膏高值高效资源化利用是我们急需攻克的难点。本文以磷石膏为原料，优化蒸汽水循环法制备高强石膏的制备条件，探索蒸压溶剂法制备微纳米无水石膏的工艺参数，以蒸汽动能磨制备微纳米半水石膏粉体，研究微纳米半水石膏粉体对高强石膏力学性能的影响，深入探究硬化体内部孔隙结构与力学性能之间的协同关系，比较分析不同粒级配比磷石膏基材料3D打印试件的稳定性与内部孔隙结构。 采用浮选法预处理磷石膏可减少磷石膏中的杂质，提纯二水石膏，有利于高强石膏晶体转化。蒸汽水循环法制备高强石膏优化条件为:采用固液分离制备装置，固液比例为4:1，反应温度140℃，反应时间90min，复合转晶剂(顺丁烯二酸:硫酸铝=1:1)掺量0.5%。蒸汽水可循环使用，产物无需水洗。复合转晶剂中COO-与Al3+协同作用于高强石膏晶体端面，控制该晶面生长速率，促进晶体转化为六棱柱形貌。掺入0.5%wt转晶剂高强石膏烘干抗压强度从8.02MPa提高至24.87MPa。 以预处理磷石膏为原料，采用蒸压溶剂法制备微纳米无水石膏的最佳参数为:溶剂A为丙三醇和无水乙醇(体积比=2:1)以及适量十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，溶剂B为30%硫酸(H2SO4)和30%过氧化氢(H2O2)(体积比=1:1)以及适量磷石膏粉末，溶剂A和溶剂B混合均匀后，在蒸压反应釜内反应5h，温度为140℃，产物经800℃煅烧2h后，晶体具有完整的形貌，呈立方块体，分散均匀，晶体粒径在100nm~500nm。 高强石膏力学性能随微纳米半水石膏掺量的增加呈先增后减变化，微纳米半水石膏最佳掺量为5%，高强石膏抗折强度可从8.03MPa增加到8.83MPa，抗压强度由33.53MPa增加至36.54MPa。高强石膏浆体性能研究表明，在稠度为50%，以水:乙醇:丙三醇=4:6:1的混合溶剂体系中高强石膏浆体凝结时间超过2h，在常温静置2h后浆体仍能保持良好的悬浮性和流动性。三维CT扫描分析结果显示，掺入微纳米半水石膏粉体可以减少硬化体内部的孔隙率，抑制喉道的延长。采用5%微纳米半水石膏混合粉体的3D打印试件要比市售石膏粉体更加稳定，试件成型精确，内部结构微观结构更加致密。将磷石膏制备成高强石膏以及微纳米石膏材料并运用于3D打印领域，可拓宽磷石膏应用途径，提升综合利用率，有助于磷化工行业的绿色可持续发展。
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