摘要
磷石膏(PG)是磷矿湿法生产磷酸的工业副产品，其主要成分为CaSO4·2H2O(DH),具备再利用的潜力，但同时还含有大量杂质，例如磷、氟等，导致磷石膏利用难度大、应用范围受限、利用率低。目前我国磷石膏的综合利用率不到40％,大部分磷石膏未经处理被直接堆置，对环境产生不良影响，并且再利用的磷石膏也是制备成水泥缓凝剂、石膏板、土壤改良剂等低附加值产品，这限制了产品的销售半径和利用途径，进一步降低了磷石膏的利用率。本文针对磷石膏杂质含量高、产品附加值低的两大“堵点”，将磷石膏中杂质的去除与高强α-半水石膏的制备进行结合，探索磷石膏深度除杂与高价值石膏产品制备协同技术，以期为磷石膏的低成本高附加值综合利用开辟新思路。 本文以云南某地磷石膏为原料，基于常压盐溶液法构建了盐-酸溶液体系，研究了不同盐-酸溶液体系中反应条件(反应温度、固液比、反应时间、盐/酸浓度)对磷石膏物相调控和磷浸出率的影响;探究了盐-酸溶液体系中晶种加入对α-半水石膏晶体形貌和粒度的调控作用及其晶型调控对磷浸出的影响，主要研究成果如下: (1)磷石膏样品呈菱片状，主要成分为二水硫酸钙，此外还含有硅、磷、铝、铁、钠、镁、钾、氟等杂质元素，其中磷是其主要杂质之一。经测定，共晶磷约占总磷的55％,可溶磷、难溶磷分别为22％、23％. (2)NaCl-HCl体系:氯化钠-盐酸体系中，实现高效除磷及晶型调控的适宜条件为:在15％NaCl溶液及0.4mol/LHCl混合溶液中，浸出温度为95℃,固液比为1/5,晶种添加量为10％。对比1号晶种与2号晶种调控形成的α-半水石膏晶体的形貌粒度，发现加入2号晶种的产品粒度更大，比表面积更小，对溶液中杂质的吸附更弱，导致在2号晶种调控下，磷石膏中磷的浸出率更高。在1号、2号晶种调控下，磷浸出率分别为95.6％、99.7％。 (3)Na2SO4-H2SO4体系:在硫酸钠-硫酸体系中，实现高效除磷及晶型调控的适宜条件为:在10％Na2SO4溶液及0.4mol/LH2SO4混合溶液中，浸出温度为95℃,固液比为1/5,晶种添加量为10％。对比1-4号晶种调控形成的α-半水石膏晶体的形貌粒度，发现加入3、4号晶种的产品粒度更大，比表面积更小，表面的磷的吸附率也较低，整体效果比加入2号晶种时更好。加入1-4号晶种后，磷石膏中磷的浸出率能分别达到90.1％、94.6％、97.2％和97.0％。 (4)通过对溶液体系的pH的测定可以发现，两种溶液体系的pH均小于1,磷主要以H3PO4的形式存在于溶液中;通过对所得α-半水石膏产品进行红外光谱分析发现盐-酸混合体系中磷浸出率的大幅提升与共晶磷的释放有关;对α-半水石膏产品进行比表面积的测定结合XPS的检测结果发现，晶种的添加通过降低α-半水石膏产品的比表面积进一步减少磷在产物表面的吸附从而促进磷的浸出。 (5)Na2SO4-H2SO4体系中3号和4号晶种的调控制备的α-半水石膏制品抗压强度分别达到32.3MPa和34.6MPa,达到了《α型高强石膏JCT2038-2010》规定的α30标准。因此，在Na2SO4-H2SO4体系中可以实现磷的深度脱除和高强度α-半水石膏产品的协同制备。
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