磷石膏基α-高强半水石膏制备自流平材料

2021-08-31张振环万邦隆杨晓龙

磷肥与复肥 2021年7期

张振环，马航，万邦隆，彭操，杨晓龙

（云南云天化股份有限公司研发中心，云南昆明 650228）

磷石膏是湿法磷酸加工的副产物，其综合利用是世界性难题，长期以来各国磷石膏大都采用自然堆置方式处置。近年来随着以贵州省为代表的磷石膏“以用定产”政策的实施，对加速磷石膏综合利用提出了新的要求。云南云天化股份有限公司（以下简称公司）年产磷酸P2O5约230万t，年产磷石膏（干基）约1 300万t，2019年公司磷石膏综合利用率为24%左右，距国家要求的50%尚有较大差距。大量磷石膏只能采用堆存方式处置，但现有磷石膏堆存渣场容量越来越受限，并面临安全、环保风险，直接危及公司的可持续发展。另外，现有磷石膏杂质含量较高，难以直接利用，为此公司先后开展了磷石膏脱硅、脱磷、脱有机质，磷石膏制备建材、制酸等工业试验，均未形成稳定的规模化减排磷石膏及综合利用技术。

石膏基自流平材料是一种新型建筑材料，是由石膏材料、特种骨料及多种建筑化学添加剂均匀混合而成，无须任何外加的机械铺平工作，能自动向各方流动并铺展平整，具有良好的耐高温性、收缩性等性能，是建筑物地面精准找平的理想材料［1］。

笔者以磷石膏为原料制备α-高强半水石膏，以α-高强半水石膏为基材，研发一种高性能新型环保自流平建筑材料。

1 实验

1.1 实验原料

磷石膏，云南三环中化化肥有限公司二水湿法磷酸料浆过滤洗涤后得到，化学成分分析结果见表1。

表1 磷石膏化学成分分析结果%

水泥，P.O.42.5 R，云南昆钢嘉华水泥建材有限公司，物理性能见表2。

重质碳酸钙，45μm（325目）；石英砂，120～180μm（80～120目），云南昆明；蛋白类缓凝剂QX，浙江太濮环保科技有限公司；可再分散性乳胶粉，5010N，广州市宏益化工有限公司；羟丙基甲基纤维素保水剂，上海臣启化工科技有限公司；消泡剂，THI®X-568，烟台恒鑫化工科技有限公司；聚羧酸减水剂，CQJ-JSS，上海臣启化工科技有限公司；拌合水，自来水。

表2 水泥的物理性能

1.2 实验方法

先以磷石膏为原料制备α-高强半水石膏，然后在较成熟的石膏基自流平材料配方中，用α-高强半水石膏替代大量胶凝材料，检测所制得自流平材料性能，并对比国家标准。

1.3分析方法

初始流动度用水量、凝结时间测定方法按照GB/T 17669.4—1999中要求进行［2］；试件抗折强度、抗压强度测定方法按照GB/T 17669.3—1999中要求进行［3］；自流平材料性能测定则参照JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》标准［4］。其中，所用到的主要设备有水泥胶砂振动台（ISO型）、TYE-10C数显式抗折抗压实验机、铁制模具（型号40 mm×40 mm×160 mm）、凝结时间测定仪（ISO新标准维卡仪）和石膏稠度仪。

2 磷石膏制备α-高强半水石膏

以二水湿法磷酸料浆（含磷石膏）为原料，用泵送入结晶转化槽，加入经计量的硫酸，控制一定的工艺条件使二水石膏向半水石膏转化。半水料浆从结晶转化槽溢流至半水养晶槽，停留一定时间，使半水晶体发育长大。然后把合格的半水料浆过滤、洗涤、烘干、粉磨，制备成α-高强半水石膏。

工艺条件：结晶转化槽温度为（100±5）℃，半水养晶槽温度为（90±5）℃，料浆反应时间为2.0 h，液相w（P2O5）为18%～23%，液相w（SO3）为8%～12%，料浆液固质量比为（1.5～2.0）∶1.0，搅拌转速为100 r/min（线速度1.02 m/s）。

制备出的α-高强半水石膏，经检测2 h抗折强度为4.35～4.68 MPa，绝干抗压强度为30.89～31.77 MPa，达到JC/T 2038—2010《α型高强石膏》中α30等级。α-高强半水石膏的组成（XRD定量分析）：w（半水石膏）72.6%～73.3%，w（二水石膏）5.9%～6.4%，w（无水石膏）6.7%～7.2%，w（SiO2）13.6%～14.2%。α-高强半水石膏晶体形态见图1。