寧夏石膏工業(yè)設(shè)計(jì)研究院  王惠琴等 磷石膏課題組全體成員

摘要：本文通過對磷石膏原料的結(jié)晶形態(tài)的特性分析，針對各種結(jié)晶形態(tài)的磷石膏采用不同的煅燒工藝，取得的產(chǎn)品性能進(jìn)行分析研究，并就取得的試驗(yàn)結(jié)果采用我院研究設(shè)計(jì)的“年產(chǎn)10萬噸磷石膏閃燒煅燒窯”進(jìn)行生產(chǎn)性驗(yàn)證試驗(yàn)，確定了適應(yīng)不同結(jié)晶形態(tài)磷石膏原料特性的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并從產(chǎn)業(yè)化角度進(jìn)一步確定了經(jīng)濟(jì)、成本低廉、簡潔、流暢的生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是磷石膏原料不需要做任何預(yù)處理（水洗等），無二次污染，環(huán)保達(dá)標(biāo)并實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，并已在寧夏銀川建成年產(chǎn)10萬噸磷石膏建筑石膏粉示范生產(chǎn)線，目前該生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并廣泛用于生產(chǎn)各種建筑制品，投入市場應(yīng)用。

1 前言：

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，近年來，隨著我國磷肥及磷復(fù)肥工業(yè)的迅速發(fā)展，其副產(chǎn)品---磷石膏大量產(chǎn)生，年產(chǎn)量達(dá)2000萬噸以上，大部分尚未利用，嚴(yán)重污染了環(huán)境。在磷石膏的制造過程中，磷石膏生成條件的不同，磷礦石及添加物的不同，導(dǎo)致其結(jié)晶形態(tài)和雜質(zhì)含量也不同，從而得到性狀不同的各種磷石膏。由于磷石膏原料的這些特性，使其用途受到大大限制，目前我國磷石膏的應(yīng)用尚處在有限的生產(chǎn)和試驗(yàn)生產(chǎn)階段。
    本文就各種結(jié)晶形態(tài)不同的磷石膏為原料，采用不同的煅燒制度下燒成的β型石膏粉性能進(jìn)行研究，關(guān)于磷石膏原料雜質(zhì)成分對產(chǎn)品性能的影響規(guī)律，國內(nèi)外相關(guān)的研究成果及試驗(yàn)結(jié)果較多，這里不再涉及。本文著重從磷石膏原料的結(jié)晶形態(tài)，和結(jié)晶大小，對燒成的β型石膏粉性能的影響，進(jìn)行大量試驗(yàn)，確定與之相適應(yīng)的煅燒工藝參數(shù)，完善產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，并將其投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，為從事磷石膏綜合利用的企業(yè)提供參考。
2 試驗(yàn)用的原料

表1 是由寧夏、四川、湖北等磷肥企業(yè)提供的磷石膏原料，其化學(xué)組成如表1 所示：

將表1 提供的磷石膏生產(chǎn)原料通過顯微鏡觀察，其結(jié)晶形態(tài)如下：№1-2號(hào)試樣為長晶體且粗大的柱狀結(jié)晶，并且伴有少量的小結(jié)晶?！?-4號(hào)試樣為大小薄片狀結(jié)晶混合的、凝集狀結(jié)晶的混合物且周圍散開的細(xì)小結(jié)晶晶體?！?-6號(hào)試樣為粒狀大小結(jié)品混合和凝集狀結(jié)晶的混合物，周圍散開的細(xì)小結(jié)晶。

3 試驗(yàn)方法：

將上述試驗(yàn)用的各種磷石膏原料（附著水8-10 % ) ，不經(jīng)過其他任何預(yù)處理（水洗等），試驗(yàn)前先過篩（26目）將大顆粒除去，得到的石膏作為本試驗(yàn)試樣，采用我院研制的“連續(xù)閃燒試驗(yàn)窯”進(jìn)行煅燒試驗(yàn)，對各種磷石膏進(jìn)行不同的煅燒工藝處理，即不同煅燒工藝參數(shù)（進(jìn)、出窯溫度、窯的轉(zhuǎn)速、加料量、物料溫度）下得到的β型石膏粉，冷卻至室溫，在試驗(yàn)用盤式粉碎機(jī)粉碎至100目，供產(chǎn)品性能測試用。
    將取得的各種形態(tài)磷石膏最佳工藝參數(shù)在我院設(shè)計(jì)的“年產(chǎn)10萬噸閃燒連續(xù)煅燒窯”（由沸騰爐提供高溫?zé)釤煔夤┥a(chǎn)熱源），進(jìn)行生產(chǎn)性驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)一步改進(jìn)完善工藝裝備，從產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)角度完善各種原料的各種生產(chǎn)工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，從而達(dá)到磷石膏廣泛應(yīng)用推廣的目的，采用的生產(chǎn)工藝流程如下：

本研究產(chǎn)品性能測試依據(jù)GB17669.3-1999建筑石膏力學(xué)性能測定、GB17669.4-1999建筑石膏凈漿物理性能的測定方法進(jìn)行。
4 試驗(yàn)結(jié)果和分析
     眾所周知，影響熟石膏粉加水?dāng)嚢璧玫降氖嘤不w的強(qiáng)度的因素非常多，例如：原料石膏的品質(zhì)、燒成方法、粒度分布、陳化等的影響，而且同一種熟石膏，其拌和水量、攪拌速度、攪拌時(shí)間、溫度等對強(qiáng)度也有一定的影響，并且在熟石膏中加入凝結(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)劑等添加物對強(qiáng)度也有一定的影響。

由本研究上述試驗(yàn)方法，將各種結(jié)晶形態(tài)不同的磷石膏，采用相同的煅燒工藝參數(shù)下，得到的各種β石膏粉的標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度性能有很大差異，按照強(qiáng)度大小順序?yàn)椋骸?-2 ＞№5 -6 ＞№3-4 。
    為了詳細(xì)考察每一種原料最適應(yīng)的工藝參數(shù)，我們對每一種原料進(jìn)行工藝參數(shù)的對比試驗(yàn)，大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，不同結(jié)晶形態(tài)的磷石膏原料，其最佳煅燒工藝參數(shù)不同，№l -2試樣，其煅燒溫度帶寬，其它各項(xiàng)工藝參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍廣，工藝參數(shù)易控制，其抗折強(qiáng)度（2h）范圍2.9-3.4MPa ，抗壓強(qiáng)度（2h ) 范圍7.8-9.0 MPa ，稠度低，強(qiáng)度波動(dòng)范圍小，產(chǎn)品性能穩(wěn)定?！?-4試樣與№1-2 試樣比較，其煅燒溫度帶窄，其它各項(xiàng)工藝參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍小，工藝參數(shù)控制要求高，其抗折強(qiáng)度（2h）范圍1.8-2.5MPa，抗壓強(qiáng)度（2h）范圍5.0-6.8MPa ，稠度大（70 %）抗壓強(qiáng)度低，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。No5-6試樣，其煅燒溫度帶介于№1-2樣與№3-4試樣之間，其它各項(xiàng)工藝參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍較廣，工藝參數(shù)控制易控制，其抗折強(qiáng)度（2h）范圍2.4-2.7MPa ，抗壓強(qiáng)度（2h）范圍6.4-7.6 MPa。
    表2 示出了各種性狀的磷石膏為原料在其最佳工藝參數(shù)下，制成的β石膏粉的標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度結(jié)果。

在本研究試驗(yàn)條件下，通過大量反復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：結(jié)晶粗大的柱狀單晶體№1-2號(hào)試樣，比表面積小，標(biāo)準(zhǔn)稠度低，強(qiáng)度最高，觀察料漿黏度小，流動(dòng)性大；其次，凝集狀和大小粒狀單晶混合在一起的№5-6號(hào)試樣，與№1-2號(hào)試樣比較，其比表面積增大，標(biāo)準(zhǔn)稠度提高，強(qiáng)度有所降低，觀察料漿黏度增大，流動(dòng)性降低；晶體為薄片狀大小結(jié)晶混合的結(jié)晶№3-4號(hào)試樣，與№5-6號(hào)試樣比較，由于比表面積更大，其標(biāo)準(zhǔn)稠度最大，強(qiáng)度較低（尤其是抗壓強(qiáng)度更低），特別是漿體黏度增大，流動(dòng)性更差。
    由上述結(jié)果可以看出，結(jié)晶形態(tài)及大小的不同，對熟石膏漿體性能及硬化體強(qiáng)度的影響不同，結(jié)晶粗大的單結(jié)晶試樣的強(qiáng)度比薄片狀、細(xì)小結(jié)晶凝集狀試樣的強(qiáng)度高。
    我們在上述試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，將不同結(jié)晶形態(tài)的磷石膏原料，利用我院設(shè)計(jì)研究的“年產(chǎn)10萬噸磷石膏閃燒煅燒窯”進(jìn)行生產(chǎn)性驗(yàn)證試驗(yàn)，通過反復(fù)生產(chǎn)試驗(yàn)，并不斷的調(diào)整、改進(jìn)完善生產(chǎn)煅燒工藝參數(shù)，以及對主要工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整和完善，確定了穩(wěn)定可行的工藝參數(shù)，結(jié)果表明，該煅燒窯可滿足各種結(jié)晶形態(tài)的磷石膏原料，工藝參數(shù)易調(diào)整，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并與上述表2 的試驗(yàn)結(jié)果完全一致。目前由我院設(shè)計(jì)開發(fā)的“年產(chǎn)10萬噸磷石膏生產(chǎn)線”在寧夏銀川建成，該生產(chǎn)線于2006 年4 月投入正常運(yùn)行，具有生產(chǎn)工藝簡捷流暢、生產(chǎn)所用的原料不經(jīng)過任何預(yù)處理（水洗等）、無二次污染，實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)石膏深加工產(chǎn)品的國內(nèi)規(guī)模最大、高效、環(huán)保生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)成本及能耗低（50-60㎏）噸，生產(chǎn)的建筑石膏粉已進(jìn)入市場，并己用于生產(chǎn)各種石膏制品（粉刷石膏、紙面石膏板、石膏大板、石膏砌塊），產(chǎn)品得到用戶的肯定，具有廣闊的市場前景。
5 結(jié)論
5 . 1 磷石膏結(jié)晶形態(tài)及大小的不同，對熟石膏漿體性能及硬化體強(qiáng)度的影響不同，結(jié)晶粗大的單結(jié)晶試樣的強(qiáng)度比薄片狀、細(xì)小結(jié)晶凝集狀試樣的強(qiáng)度高。

5. 2 本研究成果己投入生產(chǎn)應(yīng)用，主要生產(chǎn)工藝設(shè)備---年產(chǎn)10萬噸磷石膏閃燒煅燒窯可滿足各種結(jié)晶形態(tài)的原料，工藝參數(shù)易調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。