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摘要：磷石膏是磷化工企业排放的废渣，随着磷化工企业的迅猛发展，磷石膏的产量也在急剧攀升，截止目前其年排放量已达到近5000万吨，给社会环境带来了巨大压力，磷石膏的资源化利用迫在眉睫。磷石膏脱水制得的以€%[-半水石膏为主要成分的建筑磷石膏及制品是其资源化利用的有效途径，同时能达到消耗大量磷石膏废渣的目的。但磷石膏的性能不稳定，致使这种来源广阔、建筑功能优良的资源无法得以有效利用。
关键词：材料科学；石膏；杂质；放射性；细度；相组成；外加剂；胶结性能；粉体材料
1引言
我国还具有发展磷石膏建材的政策优势。我国传统建材，尤其是新型墙体材料的结构调整、节能减排和住宅产业化的兴起、可持续发展战略的实施为磷石膏基材料的发展注入了新的活力，带来了前所未有的机遇。近年来，建筑业的发展，也将促进磷石膏建材的蓬勃发展。尤其，建筑磷石膏基建材的用量大、应用范围广，是消化磷石膏废渣的有效途径。
2杂质对建筑磷石膏性能的影响
2.1磷
磷是磷石膏中的主要杂质，以可溶磷、共晶磷和难溶磷种形式存在。可溶磷含量主要取决于磷石膏的洗涤、过滤工艺，含量在一范围变化。可溶磷在磷石膏中的分布不均匀，不同粒度范围磷石膏的可溶磷含量存在显著差异。可溶磷减慢磷石膏制品的水化硬化，在水化初期可溶磷形成磷酸钙沉淀，覆盖在半水石膏表面，阻碍其溶出与水化。
2.2氟
氟以可溶氟（NaF）与CaF2、Na2SiF6等难溶氟形态在磷石膏中存在。影响磷石膏性能的是NaF，对建筑石膏有促凝作用。而CaF2、Na2SiF6对磷石膏性能基本不产生影响。低含量的可溶氟对建筑石膏强度影响较小，当含量超过0.3%时，强度随可溶氟增加而迅速降低。可溶氟使二水石膏晶体粗化、晶体间的接触点减少，结合力削弱，强度降低。
2.3有机物
来源于磷矿石中的有机杂质和产品生产中加入的有机添加剂，主要为乙二醇甲醚乙酸酷、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等。这些杂质一般分布在二水石膏晶体表面，当致使磷石膏胶凝材料的需水量显著增加，同时也削弱了石膏晶体间的接合，使硬化体结构疏松而降低强度。
2.4其它杂质
磷石膏中尚含有碱金属盐、硅、铁、铝、镁等杂质。碱金属主要以可溶盐形式存在，如碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物等。磷石膏制品受潮时，碱金属离子沿硬化体孔隙迁移至表面并在表面析晶，制品出现起霜和粉化现象。其余杂质对磷石膏及其胶结材并无不良影响。
2.5放射性水平
放射性主要产生于磷石膏中氧、氢及其短寿命子体衰变。磷石膏的放射性与其矿石产地有关，我国进口的磷矿石放射物质含量普遍较高，而国产磷矿石的放射物质含量较低。
3细度和相组成对建筑磷石膏性能的影响
3．1细度
细度对石膏的水化有一定的影响。颗粒度小，石膏与水接触面积大、溶出速率较快，形成过饱和溶液快，有利于石膏晶体成核，硬化体的强度得以提高。但细度过小，颗粒在液体中团聚程度明显增加而难于分散，拌合用水量也会显著增大，导致石膏硬化体缺陷的增加。因此，生产实践中石膏的细度应适中，不应过高。
3．2相组成
二水石膏在脱水过程中的相变化很复杂，由于原材料、煅烧条件和环境湿度的变化，往往得到的是含有多种变体的建筑石膏。存放条件的不同，也会引起石膏相的变化。不同脱水相的水化不同，其凝结硬化性能也不同[48]。石膏相中的无水石膏Ⅲ型吸水性很强，在陈化过程中从空气中吸收水分而转化为半水石膏。这种半水石膏是二次形成的，与一次形成的半水石膏相比，具有较少的表面裂隙和较低的分散度，比表面积相对减少，从而导致其物理性质（标稠需水量、强度、凝结时间等）发生变化，是造成性能不稳定的主要因素。熟石膏水化过快的另一重要原因就是含有未脱水二水石膏的晶核，因此在生产实践中一定要控制其含量。
4外加剂对建筑磷石膏性能的影响
在石膏应用的过程中，常常会加入多中外加剂以改善石膏的性能。缓凝剂是必要的外加剂之一，用以调整石膏的凝结时间及满足施工的需要；减水剂可保持石膏浆体流动度不变而大幅度降低拌和用水量，提高成型后的密实度和强度。另外，其它外加剂，如乳胶粉、保水剂、憎水剂、纤维等也能对建筑磷石膏的性能起到改善作用。
5改善建筑磷石膏性能的途径
一般通过提高建筑磷石膏的自身性能和外加剂等途径来改善建筑磷石膏的性能。根据国内外的资料，具体的技术方案可分为采用化学外加剂、矿物掺和料、树脂聚合物改性剂、粉磨等方法，或者某两种方法结合使用，均可取得明显的效果。
掺加外加剂和矿物掺和料，能够延缓石膏胶结料的水化过程，并能提高石膏制品的耐水性。使用萘系高效减水剂可有效的改善石膏浆体的流动性，减小水石膏比，制得孔隙率小的石膏制品。如日本早先的研究证明，聚烷基磺酸盐和聚烷基苯磺酸盐对改善石膏浆体的流动性最有效，实验采用€%Z-半水石膏和C-3（萘系）高效减水剂，结果表明，当掺入C-3时能使水膏比降低到20%，由于半水石膏水化的理论需水量为18.6%，这样，包含在石膏硬化体中的剩余含水率仅为1.4%，大大提高了石膏制品的强度和软化系数。莫斯科建工学院专门研究了塑化高强石膏胶结料的性能，采用两种方法降低石膏混凝土制品的孔隙率，一种方法是在石膏拌合物中掺硅酸盐水泥及活性矿物掺和料，另一种方法是俄罗斯建材科研院研究的超塑化剂法，可以使标准抗压强度为25～28MPa的€%Z-半水石膏胶结料，6个月龄期强度达46～65MPa，3年为54～86MPa。有的学者用石膏粉和多孔集料如矿渣、炉渣、陶粒、珍珠岩、玻化微珠等复合制得石膏轻型混凝土，加强了其功能优势。
6结束语
由于磷石膏中杂质对其性能影响颇为复杂，因此配制的砂浆产品其质量也往往波动不定，直接制约了磷石膏的资源化利用。研制性能稳定，成本低的磷石膏产品是磷石膏开发利用的关键。单纯的外加剂改性往往达不到预期的效果，还抬高了产品成本。因此，国内外学者均采用对磷石膏预处理，一般采用对磷石膏进行粉磨、水洗处理，降低有害杂质。通过添加明矾石、生石灰、木质素磺酸钙、三乙醇胺、盐、及胶粉或其它的合理复合，以提高建筑磷石膏的强度。
由于磷石膏中有害杂质的存在，使得建筑磷石膏与一般的建筑石膏性能有很大的差异，磷石膏的缓凝技术是其配制功能砂浆的关键，国内外对天然石膏缓凝剂的作用效果、水化进程和微结构影响、影响因素以及缓凝机理进行了广泛的研究，指明了与天然石膏相适应的高效缓凝剂，并得以广泛的推广应用。近几年来有机聚合物材料的快速发展和性能提高，能够有效改善石膏材料的性能，如使用乳胶粉和聚乙烯醇微粉，改善石膏无机材料的多孔、质脆、抗拉和黏结强度低等性能。
参考文献：
[1] 涂胜金等.工业废渣磷石膏用作充填材料的研究[J].粉煤灰,2007,2:14-15.
[2] 卓蓉晖.磷石膏的特性与开发应用途径[J].山东建材,2005,1:46-48.
[3]沈卫国,蔡智,马威等.工业固体废弃物胶凝材料水化热力学研究[J].武汉理工大学学报,2008,30(2):19-23.
[4]桂苗苗,丛刚.利用磷石膏制造建筑石膏的研究[J].重庆建筑大学学报,2000,22(8):33-36.
作者简介：毕娟（1983-），女，汉族，宁夏银川人，2006年毕业于成都理工大学材料科学与工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现主要从事设计方面的工作。
关键词：材料科学；石膏；杂质；放射性；细度；相组成；外加剂；胶结性能；粉体材料
1引言
我国还具有发展磷石膏建材的政策优势。我国传统建材，尤其是新型墙体材料的结构调整、节能减排和住宅产业化的兴起、可持续发展战略的实施为磷石膏基材料的发展注入了新的活力，带来了前所未有的机遇。近年来，建筑业的发展，也将促进磷石膏建材的蓬勃发展。尤其，建筑磷石膏基建材的用量大、应用范围广，是消化磷石膏废渣的有效途径。
2杂质对建筑磷石膏性能的影响
2.1磷
磷是磷石膏中的主要杂质，以可溶磷、共晶磷和难溶磷种形式存在。可溶磷含量主要取决于磷石膏的洗涤、过滤工艺，含量在一范围变化。可溶磷在磷石膏中的分布不均匀，不同粒度范围磷石膏的可溶磷含量存在显著差异。可溶磷减慢磷石膏制品的水化硬化，在水化初期可溶磷形成磷酸钙沉淀，覆盖在半水石膏表面，阻碍其溶出与水化。
2.2氟
氟以可溶氟（NaF）与CaF2、Na2SiF6等难溶氟形态在磷石膏中存在。影响磷石膏性能的是NaF，对建筑石膏有促凝作用。而CaF2、Na2SiF6对磷石膏性能基本不产生影响。低含量的可溶氟对建筑石膏强度影响较小，当含量超过0.3%时，强度随可溶氟增加而迅速降低。可溶氟使二水石膏晶体粗化、晶体间的接触点减少，结合力削弱，强度降低。
2.3有机物
来源于磷矿石中的有机杂质和产品生产中加入的有机添加剂，主要为乙二醇甲醚乙酸酷、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等。这些杂质一般分布在二水石膏晶体表面，当致使磷石膏胶凝材料的需水量显著增加，同时也削弱了石膏晶体间的接合，使硬化体结构疏松而降低强度。
2.4其它杂质
磷石膏中尚含有碱金属盐、硅、铁、铝、镁等杂质。碱金属主要以可溶盐形式存在，如碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物等。磷石膏制品受潮时，碱金属离子沿硬化体孔隙迁移至表面并在表面析晶，制品出现起霜和粉化现象。其余杂质对磷石膏及其胶结材并无不良影响。
2.5放射性水平
放射性主要产生于磷石膏中氧、氢及其短寿命子体衰变。磷石膏的放射性与其矿石产地有关，我国进口的磷矿石放射物质含量普遍较高，而国产磷矿石的放射物质含量较低。
3细度和相组成对建筑磷石膏性能的影响
3．1细度
细度对石膏的水化有一定的影响。颗粒度小，石膏与水接触面积大、溶出速率较快，形成过饱和溶液快，有利于石膏晶体成核，硬化体的强度得以提高。但细度过小，颗粒在液体中团聚程度明显增加而难于分散，拌合用水量也会显著增大，导致石膏硬化体缺陷的增加。因此，生产实践中石膏的细度应适中，不应过高。
3．2相组成
二水石膏在脱水过程中的相变化很复杂，由于原材料、煅烧条件和环境湿度的变化，往往得到的是含有多种变体的建筑石膏。存放条件的不同，也会引起石膏相的变化。不同脱水相的水化不同，其凝结硬化性能也不同[48]。石膏相中的无水石膏Ⅲ型吸水性很强，在陈化过程中从空气中吸收水分而转化为半水石膏。这种半水石膏是二次形成的，与一次形成的半水石膏相比，具有较少的表面裂隙和较低的分散度，比表面积相对减少，从而导致其物理性质（标稠需水量、强度、凝结时间等）发生变化，是造成性能不稳定的主要因素。熟石膏水化过快的另一重要原因就是含有未脱水二水石膏的晶核，因此在生产实践中一定要控制其含量。
4外加剂对建筑磷石膏性能的影响
在石膏应用的过程中，常常会加入多中外加剂以改善石膏的性能。缓凝剂是必要的外加剂之一，用以调整石膏的凝结时间及满足施工的需要；减水剂可保持石膏浆体流动度不变而大幅度降低拌和用水量，提高成型后的密实度和强度。另外，其它外加剂，如乳胶粉、保水剂、憎水剂、纤维等也能对建筑磷石膏的性能起到改善作用。
5改善建筑磷石膏性能的途径
一般通过提高建筑磷石膏的自身性能和外加剂等途径来改善建筑磷石膏的性能。根据国内外的资料，具体的技术方案可分为采用化学外加剂、矿物掺和料、树脂聚合物改性剂、粉磨等方法，或者某两种方法结合使用，均可取得明显的效果。
掺加外加剂和矿物掺和料，能够延缓石膏胶结料的水化过程，并能提高石膏制品的耐水性。使用萘系高效减水剂可有效的改善石膏浆体的流动性，减小水石膏比，制得孔隙率小的石膏制品。如日本早先的研究证明，聚烷基磺酸盐和聚烷基苯磺酸盐对改善石膏浆体的流动性最有效，实验采用€%Z-半水石膏和C-3（萘系）高效减水剂，结果表明，当掺入C-3时能使水膏比降低到20%，由于半水石膏水化的理论需水量为18.6%，这样，包含在石膏硬化体中的剩余含水率仅为1.4%，大大提高了石膏制品的强度和软化系数。莫斯科建工学院专门研究了塑化高强石膏胶结料的性能，采用两种方法降低石膏混凝土制品的孔隙率，一种方法是在石膏拌合物中掺硅酸盐水泥及活性矿物掺和料，另一种方法是俄罗斯建材科研院研究的超塑化剂法，可以使标准抗压强度为25～28MPa的€%Z-半水石膏胶结料，6个月龄期强度达46～65MPa，3年为54～86MPa。有的学者用石膏粉和多孔集料如矿渣、炉渣、陶粒、珍珠岩、玻化微珠等复合制得石膏轻型混凝土，加强了其功能优势。
6结束语
由于磷石膏中杂质对其性能影响颇为复杂，因此配制的砂浆产品其质量也往往波动不定，直接制约了磷石膏的资源化利用。研制性能稳定，成本低的磷石膏产品是磷石膏开发利用的关键。单纯的外加剂改性往往达不到预期的效果，还抬高了产品成本。因此，国内外学者均采用对磷石膏预处理，一般采用对磷石膏进行粉磨、水洗处理，降低有害杂质。通过添加明矾石、生石灰、木质素磺酸钙、三乙醇胺、盐、及胶粉或其它的合理复合，以提高建筑磷石膏的强度。
由于磷石膏中有害杂质的存在，使得建筑磷石膏与一般的建筑石膏性能有很大的差异，磷石膏的缓凝技术是其配制功能砂浆的关键，国内外对天然石膏缓凝剂的作用效果、水化进程和微结构影响、影响因素以及缓凝机理进行了广泛的研究，指明了与天然石膏相适应的高效缓凝剂，并得以广泛的推广应用。近几年来有机聚合物材料的快速发展和性能提高，能够有效改善石膏材料的性能，如使用乳胶粉和聚乙烯醇微粉，改善石膏无机材料的多孔、质脆、抗拉和黏结强度低等性能。
参考文献：
[1] 涂胜金等.工业废渣磷石膏用作充填材料的研究[J].粉煤灰,2007,2:14-15.
[2] 卓蓉晖.磷石膏的特性与开发应用途径[J].山东建材,2005,1:46-48.
[3]沈卫国,蔡智,马威等.工业固体废弃物胶凝材料水化热力学研究[J].武汉理工大学学报,2008,30(2):19-23.
[4]桂苗苗,丛刚.利用磷石膏制造建筑石膏的研究[J].重庆建筑大学学报,2000,22(8):33-36.
作者简介：毕娟（1983-），女，汉族，宁夏银川人，2006年毕业于成都理工大学材料科学与工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现主要从事设计方面的工作。