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磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的一种以二水石膏为主的工业废渣,其中含有不利于磷石膏建材资源化的杂质,通常以可溶磷杂质的影响程度最大。研究表明,磷石膏在用于制备石膏胶凝材料与高温分解制水泥时均需要经历高温过程,而其可溶磷杂质在高温过程中也会发生转化并影响分解过程。因此,本文研究在不同的高温处理过程中可溶磷的转化及其对磷石膏分解的影响,为磷石膏的资源化应用提供研究基础。 本研究结合化学检测及微观分析方法包括X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM),热重分析(TG-DSC)等,分析了原状磷石膏可溶磷含量。采用快烧法处理磷石膏,研究快烧条件对可溶磷的影响规律;同时,研究在磷石膏高温分解的制度下,可溶磷的作用及转化。 研究在不同快烧制度下磷杂质含量、pH值的变化,结果表明:(1)磷石膏中可溶磷杂质随着快烧温度的升高或者快烧时间的延长逐渐减少,当快烧条件为850℃30s时,可溶磷杂质降至0.2%以内;(2)磷石膏中总磷的含量并不随着快烧条件的变化而变化;(3)当可溶磷含量减少时,pH逐渐升高,且变化影响较为明显,当可溶磷含量降低到0.2%以内时,磷石膏的pH值在5.6到6.1范围内波动;(4)与煅烧处理相比,快烧处理对于磷杂质的处理效率具有明显优势。 进一步研究可溶磷在磷石膏分解过程中的作用及自身转化。结合热重分析(TG-DSC)对磷石膏分解动力学进行了研究。结果表明:无论是否存在还原剂,可溶磷的存在降低了磷石膏分解所需的活化能。在动力学研究的基础上,本研究使用管式高温电炉对磷石膏的分解进行分析。结果表明:在焦炭作为还原剂的条件下,随着烧制温度的升高和可溶磷含量的增大,磷石膏分解率和脱硫率均呈现增大趋势;当温度升高到1200℃时,可溶磷杂质对磷石膏分解的影响不明显。同时,在分解过程中,可溶磷含量均减小到0.100%以内,而总磷含量均并未发生变化,因此,可溶磷含量的减少以转化成惰性磷为主。为进一步验证试验规律,试验还采用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜分析(SEM)等微观测试手段分析分解后磷石膏的组成成分及形貌的变化,进一步验证了化学分析结果。 初步研究结果表明,磷石膏中杂质的处理与石膏制品生产中的高温环节相结合是可行的,既可处理杂质,又可简化磷石膏应用工艺。