磷石膏是磷肥厂、磷酸厂排放的固体废弃物,主要成分为二水石膏(CaSO4·2H2O)和半水石膏(CaSO4·1/2H2O),以二水石膏居多,粉末状,一般含有20%的水分,含有少量的游离酸、氟化物。无论是国内还是国外,磷石膏资源化利用情况都不令人满意,全世界磷石膏的有效利用率仅为4.5%左右,一般以直接排放(抛弃)为主。
随着高速公路现代化建设快速发展,水泥混凝土路面已经成为道路建设方向之一。但由于道路施工中拌料、铺平、压实等工艺时间较长,施工要求水泥初凝时间大于4小时,终凝时间不小于6小时,因此水泥混凝土路面施工应采用缓凝水泥或采用缓凝性外加剂。由于缓凝水泥自身的特性及其在生产组织中的诸多不便,因而水泥厂一般不愿生产该种水泥。但鉴于水泥市场和行业竞争的需求,用磷石膏研制PC32.5缓凝水泥,以拓展销售渠道和销售区域。使用磷石膏替代缓凝剂生产缓凝水泥,节约了自然资源,降低了制造成本。而且变废为宝,减少了环境污染,具有一定的经济效益和社会效益,且易于推广,应用价值较高。
磷石膏主要成份为CaSO4·2H2O,此外还含有多种其他杂质。
磷石膏一般呈粉状,外观一般是灰白、灰黄、浅绿等色,还含有有机磷、硫氟类化合物,容重0.733-0.88g/cm3,颗粒直径一般为5~15um,其主要成分为二水硫酸钙,其含量一般可达到70~90%左右,其中所含的次要成分随磷矿石产地不同而各异,一般都含有岩石成分Ca、Mg的磷酸盐及硅酸盐。我国目前每年排放磷石膏约2000万吨,累计排量近亿吨,是石膏废渣中排量最大的一种,排出的磷石膏渣占用大量土地,形成渣山,严重污染环境。
目前,我国磷化工行业整体逐渐趋近成熟期,全国年磷肥产量可达1450万t(产能1700万t),而国内需求量仅为1200~1400万t,约250~400万t需要国际市场消化。行业产能过剩,市场需求趋于刚性,化肥利用率不断提高,全球及国内需求增长趋缓,行业面临结构调整、转型升级,副产磷石膏将通过准入政策、严格环保安全,控制产能无序增长。2017年全国磷石膏产生量约7000万t,磷石膏利用量约3000万t,国内已堆存的磷石膏总量超过5亿t。磷石膏的产排和堆存已成为制约磷化工行业可持续发展的敏感性安全环保问题。磷石膏废渣会给磷化工企业带来高昂的堆场建设和运维费用,严格的节能环保要求和综合利用准入门槛,磷石膏的综合利用势在必行,迫在眉睫。
磷石膏中由于含有磷、氟、有机物等多种杂质,使其性能不如天然石膏,不能直接作为石膏建材使用。探明杂质对磷石膏性能的影响规律,对其进行经济有效的预处理以消除有害杂质影响,是磷石膏资源化的关键问题之一。
国内外对磷石膏中杂质及其对性能的影响进行了广泛的研究。磷石膏多种杂质中,磷对磷石膏性能影响最大,具体表现为延长磷石膏凝结时间,降低硬化体强度。磷石膏中磷组分主要有可溶磷、共晶磷、沉淀磷三种形态,以可溶磷对性能影响最大。有机物、共晶磷是仅次于可溶磷的有害杂质。H.Ölmez等用红外吸收光谱证实了共晶磷的存在;彭家惠等研究了有机物的种类、结构以及有机物和共晶磷在磷石膏中的分布规律,并证实了它们对磷石膏性能的影响。可溶性氟使建筑石膏凝结时间缩短。