毕业论文课题相关文献综述

前言

磷石膏简称PG，主要是磷酸厂、洗涤剂厂等化肥日化系统湿法制取磷酸产生的固体废渣。生产1t磷酸大约产出4.5~5t磷石膏^[1-2] 。磷石膏的主要成分是CaSO₄2H₂O ，其质量分数可达90%以上， 是一种重要的可再生石膏资源，近年来随着高效复合肥工业的迅猛发展，我国磷石膏的年排放量超过5000万t。尽管磷石膏的利用途径较多，但实际利用效果并不理想，我国磷石膏的资源化利用率很低^[3]仅为4.3%~4.5%^[4] 。磷石膏由于含有磷及氟等较多有害物质，如果任意排放会造成环境污染。筑坝堆存不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高。长期堆积也会引起地表水及地下水的污染，因此磷石膏的处理成为与磷化工发展伴生的环保难题。

在磷酸生产过程中，部分磷矿石未分解、同晶取代和洗涤过滤不完全导致磷石膏中含有磷、氟等多种杂质，正是这些杂质影响了磷石膏的性能，使其不能直接应用于石膏建材及高端产品的生成，必须加以预处理，这又增加了应用成本，使其在替代天然石膏上优势不明显，严重制约了磷石膏的大量利用^[5-6]。磷石膏复合胶凝材料是一种利用磷石膏复配其它工业废渣及外加剂而形成的一种绿色环保建筑材料，具有工艺简单、成本低和石膏利用量大等优点。利用磷石膏制磷石膏复合胶凝材料不仅为大量处理磷石膏提供了一条附加值较高的途径，也可部分替代水泥在建筑行业的运用，不仅减少资源消耗还带来经济、环境效益。

1 磷石膏的来源与特性

1.1 磷石膏的来源

磷石膏是在湿法磷酸生产过程中用磷矿石与硫酸反应得到的以CaSO₄ nH₂O为主要成分的副产品，反应后的料浆经过滤、洗涤制得磷酸并得到副产品磷石膏，每生产lt磷酸可得到5t左右的磷石膏，因此，磷石膏的产量十分巨大。目前全世界每年排放的磷石膏高达1.5亿t以上， 我国磷石膏年排放量位居世界第3位。

1.2磷石膏的特性

磷石膏主要化学成分和天然石膏 CaSO₄2H₂O基本相同，存在的差异是磷石膏中CaSO₄的含量较高，同时含有P₂O₅ 、F 、Al₂O₃ 、Fe₂O₃、SiO₂ 、有机物等杂质，及少量镉、铅、铜等元素^[7] 。并且磷石膏含水量较高，所含的游离水能达到20%~25% ，呈分散细粒状。 pH=3~4，显弱酸性，陈化的磷石膏较稳定，显灰白色粉状。不同生产企业、不同批次的磷石膏的化学组成略有不同，这主要与磷酸生产工艺条件的控制及磷矿石的品种有关。

但磷石膏胶结体的性能与天然石膏相比有较大差异，主要表现为凝结时间长，强度较低。主要原因是磷石膏中含有多种杂质。根据杂质的存在形式常将其分为三大类：（1）可溶性杂质，主要是存在于石膏晶体表面和晶体团聚空隙的大部分磷、氟，如：H₃PO₄、Ca(H₂PO₄)₂H₂O、NaF和Na₂SiF₆，这类杂质是磷石膏酸性的主要来源^[8]；（2）固溶性杂质，指部分以固溶体的形式进入硫酸钙晶格内部的磷和氟，如：CaHPO₄、CaFPO₃、CaAlF₅^[8-9]；（3）不溶性杂质，主要是石英、未分解的磷灰石、Ca₃(PO₄)₂、和CaF₂，这类杂质大多呈惰性。此外湿法磷酸生产导致了磷石膏中含有微量的重金属（如Cr、Cu、Zn和Cd等）和有机物，以及放射性元素Ra、U、Th等^[10]。因此，磷石膏是一个主要成分为二水硫酸钙的多组分复杂晶体，具有不同于天然石膏的性质。

2 磷石膏的开发利用