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磷石膏的质量影响因素及质量评价指标体系研究

作　者: 张欢
导　师: 彭家惠
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 磷石膏晶形可溶磷可溶氟质量评价指标
分类号: TQ177.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

磷石膏是湿法磷酸生产的副产物，生产1吨磷酸会产生约5吨磷石膏。磷石膏晶型差，含多种有害杂质，品质不稳定，缺乏针对性的质量评定标准，严重制约了其资源化应用。我国磷石膏的累计堆存量已经超过2亿吨，有效利用率仅20%左右。磷石膏长期被当作固体废弃物堆放在渣场，不仅占用了宝贵的土地资源，还会对周围生态环境造成破坏，影响了磷化工行业的可持续发展。本文通过实验室模拟二水湿法磷酸工艺，研究了湿法磷酸生产工艺对磷石膏晶形的影响；研究了磷石膏晶形和杂质对磷建筑石膏性能的影响规律和作用机理；结合多位学者的研究成果和相关标准，提出了用于生产建筑石膏的磷石膏的质量评价指标体系。萃取工艺对磷石膏晶形有很大影响：料浆液固比和反应温度仅影响磷石膏的晶体大小，液相SO₃浓度和液相P₂O₅浓度对磷石膏的晶体形貌和大小都有影响。增大料浆液固比，晶体保持柱状结晶，平均粒径变小；升高反应温度，晶体仍为柱状结晶，平均粒径变大；增加液相SO₃浓度，晶体由薄片状结晶变成粗大的柱状结晶，再向聚晶转变，晶体平均粒径变大；增加液相P₂O₅浓度，晶体由板状结晶变成柱状结晶，再变成细针状结晶，晶体平均粒径变小。养晶时间和养晶温度对磷石膏的晶体大小有较大影响：延长养晶时间或升高养晶温度，磷石膏的晶体尺寸都会变大，但养晶温度过高会导致二水硫酸钙脱水向半水物或无水物转变，使晶体变得细小。不同形态可溶磷中仅H₃PO₄会使二水石膏的脱水温度降低；可溶氟对二水石膏脱水温度没有影响。由粗大斜方板状结晶的磷石膏烧制的建筑石膏性能最差；长径比较大的棱柱状结晶的磷石膏烧制的建筑石膏性能稍好；长径比较小的短柱状结晶的磷石膏烧制的建筑石膏性能最好。三种形态可溶磷都会使建筑石膏凝结时间延长，硬化体强度降低，影响程度为：H₃PO₄>H₂PO₄^->HPO₄^2-；可溶氟NaF使建筑石膏凝结时间缩短，硬化体强度降低。实验以“是否需要对磷石膏进行简单的非水洗预处理以生产出建筑石膏合格品”为原则，以本文的研究内容和诸多学者的研究结果为基础，通过对国内不同磷石膏的质量分析，从磷石膏的品位、主要杂质含量等方面进行限量，探讨了用于生产建筑石膏的磷石膏的标准。标准中磷石膏分为两个等级：一级磷石膏能直接烧制出建筑石膏合格品，二级磷石膏需经过石灰中和、筛分、球磨等简单的非水洗预处理后才能生产出建筑石膏合格品。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-22
  1.1 磷石膏的来源及其资源化利用的重要性  9-11
    1.1.1 磷肥对我国农业发展的意义  9
    1.1.2 磷肥与磷石膏  9-11
    1.1.3 磷石膏资源化利用的重要性  11
  1.2 磷石膏的晶形及其影响因素  11-13
    1.2.1 磷石膏的晶形  11-12
    1.2.2 湿法磷酸工艺对磷石膏晶形的影响  12-13
  1.3 磷石膏中杂质及其对石膏性能的影响  13-16
    1.3.1 磷石膏中的杂质  13-15
    1.3.2 杂质对建筑石膏性能的影响  15-16
  1.4 磷石膏资源化利用现状  16-19
    1.4.1 磷石膏在农业方面的应用  16-17
    1.4.2 磷石膏在建材行业的应用  17-18
    1.4.3 磷石膏在化工行业的应用  18
    1.4.4 磷石膏资源化利用存在的问题  18-19
  1.5 建立磷石膏品质评定标准的必要性  19-20
  1.6 研究目的和内容  20-22
    1.6.1 研究目的  20-21
    1.6.2 主要研究内容  21-22
2 原材料和实验方法  22-26
  2.1 原材料  22-24
    2.1.1 磷矿  22
    2.1.2 磷石膏  22-23
    2.1.3 天然石膏  23
    2.1.4 建筑石膏  23
    2.1.5 化学试剂  23-24
  2.2 实验方法  24-26
    2.2.1 磷石膏的制备方法  24
    2.2.2 可溶磷测定  24-25
    2.2.3 密度及比表面积测定  25
    2.2.4 石膏结晶水含量测定  25
    2.2.5 石膏三相分析  25
    2.2.6 石膏水化率测定  25
    2.2.7 液相离子浓度测定  25
    2.2.8 建筑石膏性能测定  25
    2.2.9 石膏 pH 值的测定与调节  25-26
3 磷石膏的晶形及其对磷建筑石膏性能的影响  26-43
  3.1 硫酸钙的结晶理论  26-27
  3.2 磷石膏晶形的影响因素  27-37
    3.2.1 萃取工艺对磷石膏晶形的影响  27-35
    3.2.2 养晶工艺对磷石膏晶体形貌的影响  35-37
  3.3 磷石膏晶形对磷建筑石膏性能的影响  37-40
  3.4 湿法磷酸工艺调整  40-41
  3.5 本章小结  41-43
4 磷石膏中可溶磷及其对石膏性能的影响  43-54
  4.1 可溶磷含量的影响因素  43
  4.2 可溶磷对石膏脱水过程的影响  43-47
    4.2.1 不同形态可溶磷对石膏脱水过程的影响  44-46
    4.2.2 H_3PO_4对石膏脱水温度的影响  46-47
  4.3 可溶磷对建筑石膏水化硬化过程的影响及机理  47-52
    4.3.1 半水石膏水化机理  47-49
    4.3.2 可溶磷对建筑石膏性能的影响  49-50
    4.3.3 可溶磷影响建筑石膏性能的机理  50-52
  4.4 本章小结  52-54
5 磷石膏中可溶氟对石膏性能的影响  54-58
  5.1 可溶氟对二水石膏脱水过程的影响  54-55
  5.2 可溶氟对建筑石膏性能的影响及机理  55-57
    5.2.1 可溶氟对建筑石膏性能的影响  55-56
    5.2.2 NaF 影响建筑石膏性能的机理  56-57
  5.3 本章小结  57-58
6 磷石膏质量评价指标体系的探讨  58-66
  6.1 磷石膏质量评定指标体系的提出  58-59
  6.2 磷石膏质量评定指标探讨  59-62
    6.2.1 磷石膏品位的划分  60
    6.2.2 杂质含量的限定  60-62
    6.2.3 附着水含量的限定  62
  6.3 磷石膏质量评价指标体系  62-65
  6.4 本章小结  65-66
7 结论  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
附录  72

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