[发明专利]利用磷石膏制备高活性半水石膏胶凝材料及石膏制品的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及以磷石膏为原料生产石膏胶凝材料及石膏制品的技术领域，尤其是涉及一种常压水热法利用磷石膏低成本、低能耗制备高活性半水石膏胶凝材料及石膏制品的工艺。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中排出的以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物，是磷化工生产中最主要的工业副产品。通常情况下，生产1吨P₂O₅ 就要排放4.5～5.5吨磷石膏。长期以来磷石膏因含有一定磷、氟、有机物等杂质呈酸性而使其利用问题成为国际技术难题，所以主要采取堆存措施。但随着磷肥产量的增加，磷石膏的堆存量与日俱增。2009年我国磷石膏产生量约5000万吨, 累计堆存量已超过2亿吨。不仅占用大量土地、耗费可观资金，浪费资源，且可溶性P₂O₅、F^-和重金属元素等随雨水浸出，产生酸性废水，引起严重的环境污染和生态危害。由于磷石膏的产量巨大，且区域分布集中，运输半径和制造成本限制了其大批量利用，因此磷石膏的综合利用必须是多途径、低成本、高附加值的。建材资源化方面，国内磷石膏主要用于生产水泥缓凝剂、β型半水石膏(即建筑石膏)、石膏砖或砌块等低附加值的产品，所以用磷石膏生产综合性能优越、用途广、高附加值的高活性a型半水石膏胶凝材料及石膏制品是磷石膏资源化利用的重要途径和研究方向，具有广阔的商业前景和社会意义。

就脱水方式而言，目前α半水石膏胶凝材料制造方法可以分为蒸压法、水热法：蒸压法是二水石膏是在饱和蒸汽介质中脱去1.5个结晶水的产物；水热法是二水石膏在水热条件下脱去1.5个结晶水的产物，水热法又可以分为常压法（常压下在酸类或盐类的水溶液中制取）和高压法（加压水溶液法）。不管采用哪一种方法，半水石膏晶体形态呈粗大短柱状或六方粒状是半水石膏胶凝材料获得较高活性的必要条件，因而都需要加入一定的媒晶剂来调控晶体的形态。目前我国高强α半水石膏的生产主要是用天然二水石膏在蒸压或高压水热条件下制取的，存在生产能耗高，生产成本高的问题。现有技术中α型高强石膏制备都是在蒸压条件下进行，需要较高的投资和蒸汽热源，而常压水热法因常压操作反应条件温和，具有节能环保的特点，该方法尤其适用于以湿粉态的工业副产石膏为原料制备α型半水石膏胶凝材料，而国内至今尚未见用常压水热法磷石膏制备高活性α型半水石膏胶凝材料及石膏制品的专利。

发明内容

本发明提供常压水热条件下利用磷石膏低能耗、低成本制备高活性半水石膏胶凝材料及石膏制品的工艺，其目的在于由本发明工艺制得的半水石膏胶凝材料及石膏制品，具有节能、环保、利废、低成本、高性能的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：利用磷石膏制备高活性半水石膏胶凝材料及石膏制品的工艺，其特征在于包括有以下工艺过程：

1）磷石膏预处理工艺：利用改性剂将磷石膏洗涤、浮选至可溶磷含量不大于0.6%、可溶氟含量不大于0.4%和有机物含量不大于0.3%，脱水得磷石膏浆体； 

2）常压水热反应工艺：向步骤1）预处理得到的磷石膏浆体、媒晶剂加入含有二价或一价金属离子的溶液混合均匀形成料浆，其中磷石膏与含有二价或一价金属离子的溶液的质量比为1:9～3:2，二价或一价金属离子的摩尔浓度为0.05～4mol/L，将料浆在80～105℃下动态保温反应1到10h；

3）浆体制备工艺；将步骤2）动态保温反应后得到的浆体经热水洗涤，固液分离后，得到高活性a型半水石膏浆，所得洗液经处理后循环利用；

4）高活性半水石膏胶凝材料与石膏制品的制备工艺：将步骤3）所得高活性a型半水石膏浆干燥制得高活性半水石膏胶凝材料或不经干燥直接浇注于模具中，制得石膏砌块、石膏条板或石膏基制品。

按上述方案，步骤1）所述的磷石膏为湿法磷酸生产的副产品，呈粉末状，其吸附水含量为0～30%，二水硫酸钙含量大于90%。

按上述方案，步骤1）所述的改性剂为柠檬酸溶液或碱性水溶液。

按上述方案，步骤2）所述的二价或一价金属离子为氯化钙、氯化镁、氯化锌、氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中的任意一种或多种的混合。

按上述方案，步骤2）所述的媒晶剂为：有机多元酸及其盐，所述的有机多元酸为丁二酸或柠檬酸，所述的有机多元酸盐为丁二酸钾、丁二酸钠、柠檬酸钾或柠檬酸钠，其掺量为磷石膏干基质量的0.02%-2%；或

表面活性剂，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或单硬脂酸甘油酯，其掺量为磷石膏干基质量的0.02%-2%；或