【冠亚技术CS-001石膏水份快速测定仪】磷石膏是磷酸和磷酸盐肥料生产过程中产生的副产物，在很多领域都是一种可用的基础素材。磷石膏的综合利用不仅能解决磷石膏的堆放问题而且还能解决环境污染的问题。磷石膏改性及其应用是当前研究热点之一。

1.磷石膏概述

      磷石膏主要是在磷酸生产过程当中，磷矿经过硫酸的侵蚀所产生的固体废渣，是一种可回收利用的材料，特别是在当前的循环可持续发展思想下，磷石膏更是在多个领域得到了应用。

1.1磷石膏的物理特性

      磷石膏是一种颜色为灰白色或黄白色的并且主要以针状晶体、多晶核晶体、单分散板状晶体、密实晶体结晶形态存在的细粉状固体。磷石膏中的主要矿物成分为石膏，石膏在磷石膏全料中约占96%~97%，其次是石英和选矿剂残渣，石英占磷石膏的3%左右。磷石膏的含水率随温度的升高而迅速增大，磷石膏溶解度极小并且溶解度随温度升高而降低，层间渗透性大于水平层内的渗透性，磷石膏材料是应变软化材料。

1.2磷石膏的化学特性

      磷石膏的主要化学成分是氧化钙和三氧化硫，磷石膏中还含有一定量的结晶水以及二氧化硫、磷、氟和有机物等杂质，磷石膏粒径呈正态分布且分布较为集中，磷石膏中杂质含量的多少与磷石膏的形貌息息相关，磷石膏的形貌越规则，磷石膏的粒径就越大，磷石膏中杂质的含量就越少。磷石膏具有耐高温和耐化学腐蚀的特点，磷石膏最大的优点就是强度高、韧性好。磷石膏与聚合物具有非常强的亲和力，这使得磷石膏容易用聚合物进行表面处理，也能与聚合物加工生成复合材料。

1.3磷石膏的主要元素及其分布

      在磷石膏中，主要元素的分布规律为：

（1）K、Fe、Mg、Cr、As、Zn、F等元素，随堆存时间增加，流失量也增加，流失率为69.2%~100.00%。新鲜磷石膏堆存一年之后，Zn、Mg、Cr元素几乎完全流失。

（2）堆存时间增加，Na、Co、Pb、Sr含量下降幅度不大，流失量比较小。

（3）Ti、Ni的含量在堆存中没有明显变化，表现为略微升高的趋势。

2.磷石膏的改性

2.1磷石膏物理改性

2.1.1磷石膏的超声改性

      刁梦娜等用超声波对无水硫酸钙晶须(ACSW)进行改性。具体做法是将 ACSW 分散于无水乙醇中，超声处理40min，在50℃下烘干备用。无水硫酸钙晶须超声改性工艺及操作简单、成本低廉。超声改性主要是提高磷石膏在其他材料中的分散性以提高复合材料的均一性。

2.1.2常见改性处理

磷石膏常见的改性处理工艺主要有：

(1)水洗：可除去共晶磷以外的其它杂质，除杂效率可达96.68%，但水洗生产线一次性投资大，能耗高，污水排放容易造成二次污染。

(2)浮选：类似于水洗，主要适用于有机质含量较高的磷石膏。

(3)石灰中和：可使有害态的磷、氟等杂质转化为惰性的难溶性盐，从而消除这些杂质对磷石膏的不利影响。该工艺简单、投资少、除杂效果显著，是目前应用最为广泛的一种除杂改性方法，但不能消除有机物对磷石膏性能的影响，特别适用于有机物含量不高的磷石膏。

(4)筛分：磷石膏中的磷、氟、有机物等杂质随着磷石膏粒径的不同含量分布也不同，即随着粒径变化呈现不均匀的分布。可溶磷、总磷、氟和有机物杂质含量随着磷石膏颗粒度的增加而迅速增加；共晶磷含量随颗粒度的减小而增加。该工艺与磷石膏的杂质分布和颗粒级配密切相关，应用范围较小，当杂质分布严重不均时，除杂效果显著，可优先选用。

(5)球磨：磷石膏中的晶体粗大、均匀、多呈板状，这种颗粒结构导致磷石膏胶结材的流动性差，需水量大，硬化体性能差。而球磨处理可有效改善这种颗粒结构，使磷石膏颗粒粒度变小，二水石膏的颗粒形貌和均匀尺度发生破坏，呈现柱状、板状等多样化变化，进而使得胶结材流动性大幅度增加，最终降低了磷石膏的需水量，改善硬化体孔隙率高、结构疏松的缺陷。

(6)煅烧：共晶磷在800℃煅烧情况下可转化为惰性的焦磷酸盐，高温煅烧是目前去除磷石膏中共晶磷杂质最为有效的方法。

2.2磷石膏的化学改性

2.2.1偶联剂改性

      常采用硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂和有机酸对磷石膏进行有机改性。石文建等采用硅烷偶联剂KH570对磷石膏晶须进行表面改性。考察了改性时间、改性温度、改性剂用量等条件对磷石膏晶须的表面改性影响。并分析了KH570对磷石膏晶须改性作用机理。结果表明：当KH570的用量为磷石膏晶须质量的5%，改性时间为80min，改性温度在50℃时，获得最佳的改性效果。

3.煅烧设备及工艺

3.1煅烧设备

      目前常用的石膏煅烧设备主要有炒锅、回转窑、沸腾炉、气流式煅烧、磨-烧一体化煅烧设备以及锤式烘干机等。

3.1.1炒锅

      炒锅是以高温烟气为热源，通过直接或者间接加热的方式实现气流与物料之间的热交换。炒锅工艺是一种传统的煅烧工艺，为了适应气料之间的高效换热，其发展先后经历了间歇炒锅、连续炒锅、埋入式炒锅以及锥形炒锅等阶段,该工艺技术成熟，易于操作，但生产效率低、投资大、能耗高、环境差。

3.1.2回转窑

      回转窑是最传统的煅烧方式，同样以高温烟气为热源，通过直接或者间接加热的方式实现气料之间的热交换。回转窑又分为内烧式、外烧式以及套筒式三大类。其中，内烧式和套筒式回转窑通过石膏与燃烧气流直接接触换热， 完成二水石膏脱水；外烧式回转窑是在窑外加热，窑内石膏通过筒体间接换热脱水。该工艺易于控制，操作弹性大，但工艺系统复杂，热耗较大。

3.1.3沸腾煅烧炉

      该工艺以高温烟气为热源，通过床层内加热管实现气料热交换，完成脱水分解。该工艺传热效率高、能耗低，但设备体积大，投资高。

3.1.4气流式煅烧

      气流式煅烧设备是将磨细后的物料与热气流直接接触换热完成二水石膏的脱水。常见的设备有:彼特斯磨、沙士基打磨、Delta磨以及斯德动态煅烧炉。该工艺集粉磨与煅烧于一体，设备体积小、投资省、生产效率高、能耗低，但操作不稳定。

3.1.5 锤式烘干机

      锤式烘干机是与传统的气流干燥管配合使用，集石膏的打散、干燥、脱水、成品转型于一体。该工艺操作简单、能耗低、投资省，但工作温度较低。此外，段庆奎等采用悬浮焙烧炉将杂质成分复杂的磷石膏废渣，处理成广泛用于建筑的高性能石膏制品，该工艺摆脱了传统工艺中将磷石膏水洗后利用的老路子， 避免了环境与水的二次污染，节约水资源,且能够生产出符合国家标准的石膏粉。

3.2煅烧工艺

      石膏煅烧工艺按照加热时间的长短可分为快烧工艺和慢烧工艺。前述述炒锅系统、回转窑系统、沸腾炉系统以及锤式烘干机，物料在系统内的停留时间较长，高达30min~2h，属于低温慢烧工艺。气流式煅烧设备采用边磨边煅烧的方式，多是瞬间完成二水石膏的脱水，属于快烧工艺。

      此外，根据物料特性，煅烧工艺还可分为一步法（干燥附着水与脱去一个半的结晶水由同一台热工设备完成）与两步法（干燥附着水与脱去一个半的结晶水分别由不同的热工设备分别完成）。通常石膏原料的附着水含量较低时常采用一步法工艺；附着水含量较高时宜采用两步法工艺。