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磷石膏是湿法生产磷酸的尾渣,其产量居国内各大工业石膏渣之首,而利用率极低。大量磷石膏的堆放既占用土地,其可溶磷、可溶氟易随雨水浸出,污染土地和地下水,造成许多环境问题。全球磷石膏渣的堆放有了最后期限,对其资源化利用具有举足轻重的意义。
本文以广西鹿寨化肥厂提供的磷石膏渣为原料,研究制备硫酸钙晶须的工艺条件及机理:对磷石膏原样进行分析表征,建立磷石膏中可溶磷含量测定方法,着重研究水热法制备硫酸钙晶须的工艺条件及机理,最后进行溶析结晶法制备尝试及中试方案设计。
磷石膏中主要成分为单斜晶系CaS04·2H20,呈不规则板块状、粒状;杂质中,可溶磷含量为0.41%>0.3%,需着重考虑其去除;磷石膏pH=3.5>2,不构成腐蚀性危险废弃物;其放射性元素测定结果符合《GB 6566-2001》的A类标准。
水热法制备硫酸钙晶须最佳工艺条件为:水热温度140℃下反应2h,采用球磨1.5h的原料,控制固液质量比为1:10、无需调节初始pH值下加入V丙三醇:V溶液=0.5丙三醇。最佳正交方案组合为:水热温度140℃、料浆初始固液比1:20、反应时间2h、丙三醇添加量V丙三醇/V溶液=0.5。所得产物为六方晶系的CaS04·0.5H2O晶须,其直径1~2μm,平均长径比为45,晶须合成率95%;可溶磷含量为0.209%,其脱除率49.1%。丙三醇能促进磷石膏水热法制备硫酸钙晶须,而对纯石膏水热法制备晶须无促进作用。丙三醇的羟基与石膏及溶剂水之间形成氢键,能提高石膏溶解度和过饱和度;同时,通过氢键、磷石膏的杂质矿化剂之间作用,促使石膏沿c轴方向生长成晶须。
采用溶析结晶法制备硫酸钙晶须,结果较难获得所需晶须产物。最后选择水热法作中试方案设计。
以工业磷石膏渣为原料制备高附加值的硫酸钙晶须,既能减少由其堆放造成的环境问题,又能保护不可再生天然石膏资源,实现化废为宝,资源循环利用,并为磷石膏的综合利用提供一定的理论基础。