精選百科
本文由作者推薦
磷石膏
無機化合物
基本信息
| 中文名 | 磷石膏 |
| 外文名 | Phosphogypsum |
| 別名 | PG |
| 主要成分 | 二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O |
| 應用領域 | 主要應用在建材領域、化工領域、農(nóng)業(yè)領域 |
展開
來源
我國是一個人口大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展對國家起到至關重要的作用，由于我國大面積的耕地缺少磷營養(yǎng)元素，所以磷肥對農(nóng)業(yè)的發(fā)展極其重要。下表是我國2000~2017年份各年份磷肥產(chǎn)量。
年份 | 年產(chǎn)量（wt） | 年份 | 年產(chǎn)量（wt） | 年份 | 年產(chǎn)量（wt） |
2000 2001 2002 2003 2004 2005 | 663 739 806 909 1017 1125 | 2006 2007 2008 2009 2010 2011 | 1211 1351 1286 1386 1582 1641 | 2012 2013 2014 2015 2016 2017 | 1693 1650 1670 1795 1662 1640 |
總的來看，我國磷肥年產(chǎn)量呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，2017我國國磷肥年產(chǎn)量比2000年增長了147%，相應的磷石膏產(chǎn)出量也不斷增加。主要有以下3個工藝中產(chǎn)出磷石膏：（1）濕法磷酸生產(chǎn)鈣鎂磷肥和磷酸一銨工藝；（2）濕法磷酸生產(chǎn)磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣和磷酸鹽工藝；（3）國內(nèi)利用磷礦生產(chǎn)磷酸的濕法工藝。
采用濕法工藝生產(chǎn)磷酸，每生產(chǎn)1t磷酸，就會產(chǎn)生4.5~5t磷石膏。2016年國務院印發(fā)了《土壤污染防治行動計劃》，對土壤的治理提出了嚴格要求。重點強調(diào)以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”為發(fā)展理念，明確指出加大對工業(yè)廢棄物如磷石膏的處理。
組成
特性
磷石膏通常是灰黑色或灰白色，只有少數(shù)對生產(chǎn)條件嚴格工廠的產(chǎn)生的磷石膏雜質(zhì)少，顏色比較淺，有時呈白色。磷石膏主要物相是二水硫酸鈣，晶體的晶型有針狀、單分散板狀、多晶核和密實四種形態(tài)，其中以板狀晶體為主。磷石膏的膠凝性能低于天然石膏，膠結性能不如天然石膏，粘滯性、流動性也比天然石膏差，磷石膏漿體凝結時間長，并具有一定的腐蝕性。磷石膏在水中的溶解度極小，隨著溫度的升高溶解度下降，層間的透水性能優(yōu)于水平層內(nèi)的透水性能，是一種應變軟化材料。磷石膏的粒徑大小比例比較集中，雜質(zhì)的含量與晶體的形貌與磷礦石有很大的關系，磷石膏的晶型越規(guī)則，磷石膏的粒徑就越大，雜質(zhì)含量相對就越少。
雜質(zhì)
磷石膏中的雜質(zhì)是指除了硫酸鈣以外的組分，包括少量未完全分解的磷礦、殘留的磷酸以及氟化物、酸不溶物、鐵鋁化合物、有機質(zhì)等。根據(jù)磷石膏中雜質(zhì)的物理特性，可以將雜質(zhì)分為三類：第一類為可溶性雜質(zhì)；第二類為難溶性雜質(zhì)；第三類為放射性雜質(zhì)。其中可溶性雜質(zhì)對環(huán)境的危害最大，隨雨水滲透到土壤中污染環(huán)境；對于不溶雜質(zhì)而言，影響相對比較弱。難溶性雜質(zhì)含量較高，種類不一。
磷
磷石膏中磷的含量比較多，是對磷石膏的物理特性影響最大的雜質(zhì)，磷石膏中因為磷的存在嚴重制約了其合理化利用。根據(jù)磷在磷石膏中的存在形式可以將雜質(zhì)磷分為三種，分別為可溶磷、難溶磷和共晶磷。其中，可溶磷對磷石膏的性能影響最大?？扇芰字饕煞质橇姿?，在溶液中發(fā)生電離，水溶磷主要以H3PO4、H2PO4、HPO4、PO4形式存在?？扇芰兹菀着c鈣離子生成難溶性的鈣鹽，鈣鹽對二水石膏的水解產(chǎn)生阻礙作用，嚴重影響了磷石膏進一步的水化的作用。同時，磷酸電離出的氫離子降低了周圍環(huán)境的pH，酸性的土壤環(huán)境不適合一些植物和微生物的生長。地下水也會受到酸性環(huán)境的影響，使生活用水的pH降低，會影響人類及其它生物的生活。另外，含磷化合物隨雨水流入湖泊，引起水體富營養(yǎng)化，引發(fā)赤潮，破壞生態(tài)環(huán)境平衡。磷石膏中難溶磷的存在形式是Ca3(PO4)2和FePO4，其中Ca3(PO4)2含量比較多，大約為1.2%，難溶磷的分布比較集中，主要分布在顆粒比較大的磷石膏中。
難溶磷的物化特性穩(wěn)定，對磷石膏物性的影響非常小，可以忽略不計。共晶磷即是HPO4代替SO4進入硫酸鈣晶格中產(chǎn)生的固溶體。磷石膏在建筑材料的水化過程中，共晶磷明顯降低了石膏的水化率，二水石膏的過飽和度降低，使石膏晶體粗化，結構疏松，降低了建材及水泥的強度，影響石膏的凝結。石膏水化過程中，共晶磷從晶格中析出，變成可溶性的HPO4，HPO4電離出的PO4與溶液中的Ca結合生成難溶性Ca3(PO4)2，難溶性的磷酸鈣覆蓋在晶體的表面阻礙石膏的進一步水化，導致石膏強度降低，電離出的氫離子使?jié){體pH降低，不僅會腐蝕機器設備，干燥后的制品表面還會出現(xiàn)粉化、泛霜現(xiàn)象。
有機雜質(zhì)
除雜方法
因為磷石膏中含有磷、氟、有機物等雜質(zhì)，在綜合利用磷石膏之前，需要對磷石膏進行預處理除去其雜質(zhì)，改善磷石膏的物化性能。當前磷石膏除雜的方法主要有化學法、物理法和熱處理等方法。
化學方法
磷石膏化學處理方法是通過添加化學試劑與雜質(zhì)反應生成沉淀分離去除，或者生成惰性物質(zhì)，在后期處理過程中去除。通過向磷石膏中加入熟石灰、石灰石、生石灰等堿性物質(zhì)來溶解磷石膏中的可溶磷、氟等雜質(zhì)，同時增大了磷石膏的pH值，使可溶性磷和氟轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)。由于國內(nèi)的磷石膏的雜質(zhì)因磷礦石不同含量波動比較大，在化學法處理之前需要進行預處理工藝。有學者使用硫酸作為浸提劑，實驗條件：溫度88℃，浸取時間45min，硫酸質(zhì)量分數(shù)為30%，固體含量0.43g/mL，經(jīng)測試磷石的去除率可達84.5%，同時可以提高磷石膏的白度。
物理方法
物理除雜方法主要有水洗、浮選、球磨等。在物理除雜中水洗是最有效的除雜方法，可以有效的去除磷石膏中的有機質(zhì)和可溶性雜質(zhì)。為了避免二次污染，洗滌過的污水必須進一步處理才可排放。研究水洗處理工藝條件對磷石膏中P2O5含量的影響，得到在最優(yōu)工藝條件下，水洗處理后磷石膏中P2O5質(zhì)量分數(shù)降至0.1%以下。
浮選是根據(jù)磷石膏雜質(zhì)顆粒表面物理化學性質(zhì)的不同，從磷石膏中分離出雜質(zhì)的一種方法。磷石膏浮選一般采用石灰中和后，同時添加浮選藥劑調(diào)控礦物表面的疏水性。經(jīng)過浮選可有效脫出磷石膏中可溶鹽和不溶性雜質(zhì)，從而提高磷石膏的白度和純度。
綜合利用現(xiàn)狀
國內(nèi)磷石膏的任意堆積排放制約了濕法磷酸、磷肥等行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，故磷石膏的處理與回收利用已經(jīng)成了迫在眉睫的問題。磷石膏用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑領域等幾方面。由于磷石膏成分復雜，結構與天然石膏有所差異，根據(jù)磷石膏的特性選擇適合的利用途徑。
農(nóng)業(yè)領域
磷石膏中含有磷、鈣、鎂、鐵、硅、硫等農(nóng)作物生長所需要的營養(yǎng)元素，提供富余的有效磷和有效鈣及作物生長所必需的營養(yǎng)元素，改善農(nóng)作物生長環(huán)境，對農(nóng)作物的增產(chǎn)有一定效果。磷石膏中主要成分硫酸鈣，同時含有少量磷酸，可以中和堿性土壤和提供營養(yǎng)元素鈣離子。研究表明：磷石膏中的鈣離子可以置換堿性土壤的鈉離子，由鈉-黏土變?yōu)殁}-黏土，生成的Na2SO4被沖刷走，鈉離子漸漸減少，達到快速脫鹽脫堿的效果。對于生長環(huán)境土壤稀松的農(nóng)作物，磷石膏施用在這種土壤中，可以使土壤疏松，進而提高土壤的種植能力。
化肥工業(yè)
磷石膏在肥料制造上也有一些應用，這成為了綜合利用磷石膏的途徑之一。國內(nèi)主要利用磷石膏生產(chǎn)硫酸銨、硫酸鉀。磷石膏生產(chǎn)硫酸銨，主要的工藝方法有磷石膏與碳酸銨的復分解反應法和磷石膏與氨、二氧化碳的混合氣反應法。
1、磷石膏制備硫酸銨，硫酸銨具有高的氮元素和硫元素，其物理特性穩(wěn)定，是一種常用的高效肥料。硫酸銨在工業(yè)上也可作鹽析劑、印染助劑。工業(yè)上利用磷石膏和碳酸銨發(fā)生復分解反應制備硫酸銨，其化學反應方程如下：
該反應在25℃時平衡轉(zhuǎn)化率可達99.9%，反應進行的十分徹底。磷石膏制備硫酸銨的工藝關鍵點在于獲得具有優(yōu)良洗滌性能的碳酸鈣濾餅。因為磷石膏中的雜質(zhì)會影響碳酸鈣的結晶，所以磷石膏的預處理和最后的結晶控制尤為重要。
2、磷石膏制備硫酸鉀，利用磷石膏生產(chǎn)硫酸鉀有一步轉(zhuǎn)化工藝和而二步轉(zhuǎn)化工藝。一步法是指以磷石膏和氯化鉀經(jīng)過一次反應制備硫酸鉀肥料，氨為反應催化劑，不參與反應。反應方程如下所示：
一步轉(zhuǎn)化工藝的優(yōu)點為流程簡短，缺點是要求反應中氨水濃度很高，通常需要濃度大于35%，反應條件需要低溫高壓。產(chǎn)物硫酸鉀和氯化鈣的分離處理也是一個需要考慮的問題，溫度、氨水濃度、硫酸鈣用量因素都會影響硫酸鉀的結晶過程，反應條件復雜不易操控，所以已經(jīng)很少人使用一步轉(zhuǎn)化工藝。
二步轉(zhuǎn)化工藝包括兩個階段，第一步現(xiàn)將通過NH4HCO3與磷石膏的反應，反應生成硫酸銨和碳酸鈣；第二步主要是將CaCO3和(NH4)2SO4母液分離，(NH4)2SO4母液與氯化鉀復分解反應。反應方程下：
2NH4HCO3+CaSO4·2H2O→(NH4)2SO4+CaCO3↓+CO2↑+H2O
(NH4)2SO4+2KCl→K2SO4+2NH4Cl
以NH4HCO3為原料，通過與磷石膏反應制備硫酸鉀，產(chǎn)生的副產(chǎn)物容易處理。產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥制成K2SO4成品，濾液用于制氮磷鉀復合肥料。磷石膏的轉(zhuǎn)化率一般可達90~93%，鉀轉(zhuǎn)化率可達3%。
建筑領域
磷石膏用于生產(chǎn)建筑材料的技術工藝已經(jīng)比較成熟，在國內(nèi)外有很好的發(fā)展前景，國內(nèi)外利用磷石膏制備石膏板、粉刷石膏、石膏自流平等建筑材料，成為了磷石膏綜合利用的途徑之一。
1、磷石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑，石膏可用作水泥緩凝劑，其緩凝機理：石膏與水泥中的鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣發(fā)生水化鋁酸鈣反應，生成鈣礬石沉淀，鈣礬石沉淀附著在水泥顆粒表面，阻礙了水泥顆粒與水的接觸，因而減緩水泥熟料的水化速率，達到緩凝目的。磷石膏含有少量的可溶性雜質(zhì)，如磷、氟、有機質(zhì)等延長水泥的緩凝時間，降低水泥的強度，所以磷石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑需要預處理。采用水洗法、中和法、煅燒法對磷石膏進行預處理，在一定程度上可以除去其中有害雜質(zhì)。
2、磷石膏制備膠凝材料，利用磷石膏制備石膏膠凝材料主要有α型半水石膏和β型半水石膏。磷石膏制備膠凝材料主要存在以下問題：（1）膠凝材料成本高，成品價格劣勢；（2）工藝復雜、能耗高、操作不方便、性能不穩(wěn)定；（3）使用常壓水熱電解質(zhì)溶液制備α半水石膏的原料僅限于天然石膏、脫硫石膏。
參考資料
[1]
磷石膏制備相變儲能基體材料工藝研究 - 中國知網(wǎng) · 中國知網(wǎng)[引用日期2021-07-13]
磷石膏相關的文章
煙霧?。╩oyamoya disease）又稱自發(fā)性腦底動脈環(huán)閉塞癥，以雙側(cè)頸內(nèi)動脈末端及大腦前動脈、大腦中動脈起始部緩慢性進行性狹窄或閉塞為特征，并繼發(fā)引起顱底異常血管網(wǎng)形成的一種少見的腦血管疾病。這種顱底異常血管網(wǎng)在腦血管造影可見腦底密集成堆的小血管，酷似煙霧，故稱為煙霧病?；颊叻磸桶l(fā)生不明原因
瘡瘍是指各種致病因素侵襲人體后引起的一切體表化膿感染性疾病的總稱，包括急性和慢性兩大類。中國古代用以泛指多種外科疾患，后世將外科分為瘡瘍與雜證兩大類。瘡瘍多由毒邪內(nèi)侵，邪熱灼血，以致氣血凝滯而成。其包括了體表上的腫瘍及潰瘍、癰、疽、疔瘡、癤腫、流注、流痰、瘰疬及有關皮膚病的內(nèi)容，是中醫(yī)外科疾病中最常
高脂蛋白血癥是指血漿中膽固醇和（或）三酰甘油水平升高。高脂蛋白血癥按病因分為原發(fā)性和繼發(fā)性。原發(fā)性高脂蛋白血癥的發(fā)生，與基因突變和環(huán)境因素有關。繼發(fā)性高脂蛋白血癥的發(fā)生，與全身性疾病、藥物影響有關。高脂蛋白血癥，主要是引起皮膚黃色瘤和動脈粥樣硬化，表現(xiàn)為眼瞼周圍出現(xiàn)小黃粒；胸痛、氣促、頭暈、便秘、腹
庫車站位于中國新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，是中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司管轄的三等站，建于1998年，建筑面積1818㎡。庫車站為庫車地區(qū)鐵路主要客貨運站，車站主要辦理銜接方向旅客列車的通過作業(yè)，以及庫車至阿克蘇、庫爾勒方向區(qū)段，摘掛列車的解編作業(yè)。
元科幻元科幻作品的主要事件來自其他人的科幻作品，或者以現(xiàn)實中存在的科幻作家為事件發(fā)起者。它們顯然是一種文學游戲，是科幻界人士向前輩和朋友致敬的方式。但這類作品又完全是科幻文學，而不是一般的傳記：它們的情節(jié)是超現(xiàn)實的。元科幻小說數(shù)量和影響都更小，但在邏輯上必須要把它們劃分出來。因為它們無法歸入其它類型
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
