吴敬龙

(福建正霸新材料股份有限公司)

0 背景

磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体副产物，每生产1 吨磷酸约产生4.0～5.0 吨磷石膏，磷石膏主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），还含有不溶性杂质（如石英、未分解的磷灰石、不溶性P2O5、共晶P2O5及铝、镁的磷酸盐和硫酸盐）、可溶性杂质（如水溶性P2O5，溶解度较低的氟化物和硫酸盐），此外，磷石膏中还含砷、铜、锌、铁、锰、铅、镉、汞及放射性元素，均极其微量，且大多数为不溶性固体，其危害性可忽略不计。

我国磷石膏年产量约7500 万吨左右，累计堆存量6 亿吨，综合利用率40%左右。磷石膏产生量大，综合利用成本较高，大量磷石膏长期堆存，不仅占用土地，而且存在较大环境安全隐患。2018 年，贵州省对磷石膏提出“以渣定产”，磷石膏重点产区四川、湖北、云南、安徽等省份也陆续提出削减磷石膏库存，提高磷石膏综合利用水平的具体指标和奖惩措施。当前全国基本形成了建材领域、化工领域、农业领域、井下充填四种利用途径。从产业化利用来看，当前磷石膏综合利用产品仍以石膏建材为主。石膏建材具有轻质、防火、保温、隔热、隔声、环保等优点。

磷石膏在石膏建材上利用，是将磷石膏在107～170℃的干燥条件下煅烧成建筑石膏（CaSO4·1/2H2O），建筑石膏遇水硬化后具有一定强度，从而制成不同种类的建筑材料。为了解建筑石膏与石膏建材制品的性能关系，本文研究了不同水膏比条件下建筑石膏的性能，初步研究不同水膏比对建筑石膏性能的影响规律，为磷石膏制品在湿度条件下的应用及拓展磷石膏制品的应用范围提供理论依据。

1 实验依据

GB/T 17671－1999 水泥胶砂强度检验方法(ISO法)。

GB/T 9776－2008 建筑石膏。

GB/T 17669.1－1999 建筑石膏 一般试验条件。

GB/T 17669.3－1999 建筑石膏 力学性能的测定。

GB/T 17669.4－1999 建筑石膏 净浆物理性能的测定。

GB/T 17669.5－1999 建筑石膏粉料物理 性能的测定。

2 实验准备

2.1 原材料

建筑石膏系由瓮福集团排放的磷石膏经贵州正霸新材料科技有限公司煅烧而成，试验结果见表1。

表1 建筑石膏试验结果

2.2 实验设备

搅拌器具、凝结时间测定仪、电子秤（精度为1g）、三联试模（符合JC/T 726 的要求）、搅拌容器（符合GB/T 17669. 1 的要求）、电动抗折试验机（符合JC/T 724 的要求）、抗压夹具（符合JC/T 725 的要求）、压力试验机、恒温箱、烧杯和量筒等。

3 实验方法

分别按不同的水膏比（即水和建筑石膏粉质量比）（0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90）制备料浆。按GB/T 17669.4-1999《建筑石膏 净浆物理性能的测定》中的测试方法测试凝结时间。按GB/T 17669.3－1999《建筑石膏 力学性能的测定》中的测试方法测试绝干抗折强度和绝干抗压强度。利用测试强度试件称取脱模质量和绝干质量，计算相关密度。

4 实验结果

表2 是不同水膏比情况下建筑石膏料浆的性能实验结果，根据表2 绘出相关关系曲线，见图1～图7。

由图1～图7，我们可以初步得出以下规律：

⑴图1 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏的初凝时间延长，其最短时间为3.5min，最长时间为8.5min，主要因为用水量的增加，浆体中的自由水分增多，延迟了浆体变稠失去塑性的过程。

⑵图2 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏的终凝时间延长，其最短时间为6.0min，最长时间为14.0min，原因同1。

⑶图3 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料出模时的湿密度下降，其最大值为1637kg/m3，最小值为1488kg/m3，原因在于水膏比的增加，浆体内部的空隙率增加，导致出模时的湿密度下降。

⑷图4 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料的绝干密度下降，其最大值为1192kg/m3，最小值为911kg/m3，原因在于水膏比的增加，导致石膏材料在凝固后气孔增多，绝干密度下降。

表2 不同水膏比下的石膏料浆性能

图1 不同水膏比下的初凝时间变化规律

图2 不同水膏比下的终凝时间变化规律

图3 不同水膏比下的出模密度变化规律

图4 不同水膏比下的绝干密度变化规律

图5 不同水膏比下的2h 湿抗折强度变化规律

图6 不同水膏比下的2h 湿抗压强度变化规律

图7 不同水膏比下的绝干抗折强度变化规律

图8 不同水膏比下的绝干抗压强度变化规律

⑸图5 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料的2h 抗折强度下降。其最大值为3.2MPa，最小值为1.8MPa，原因在于水膏比的增加，浆体中的自由水分增多，引起的2h 抗折强度下降。

⑹图5 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料的2h 抗压强度下降。其最大值为9.1MPa，最小值为5.2MPa，原因同5。

⑺图7 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料的绝干抗折强度有大幅度下降，其最大值为5.42MPa，最小值为3.5MPa，原因在于水膏比的增加，石膏材料在凝固后形成的气孔增加，使得材料内部的凝聚力降低，引起的绝干抗折强度下降。

⑻图8 变化曲线得知，随水膏比的增加，石膏材料的绝干抗压强度有大幅度下降，其最大值为14.8MPa，最小值为10.6MPa，原因同7。

5 结论

本研究选择的水膏比范围从0.60～0.90，实验中选取的水膏比包括了绝大部分实际使用中出现的水膏比例。研究发现，水膏比是影响石膏材料性能的重要因素，随着水膏比的增加，石膏凝结有着明显的延长，石膏材料的孔隙率增加，密度降低，抗折和抗压强度降低。故水膏比的选择，对石膏建材制品的生产和产品性能有着至关重要的作用，加上不同来源石膏粉的差异化较大，企业应通过大量试验选择合适的水膏比并不断优化，以确保石膏建材产品的最终质量。