磷石膏中的杂质及其影响：深入解析

磷石膏中所含的杂质按溶解性不同分为可溶性和不溶性两种。 可溶性杂质主要为水溶性P2O5,溶解度较低的氟化物和硫酸盐。 不溶性杂质从总体上分两大种:一种是在磷矿里本身含有,而且在磷矿酸解时,其本身含有不反应的硅砂、未反应的矿物和有机质;另一种是磷矿酸解时与硫酸钙共同反应结晶形成的磷酸二钙,以及其他不溶性磷酸盐、氟化物等。 根据杂质的影响,可把磷石膏中的杂质分为以下四类。

1)磷类杂质

磷是磷石膏中主要的有害杂质,若磷石膏的颗粒大,磷的杂质含量就大,反之,则小。 在众多杂质中,磷对磷石膏的性能影响最显著。 磷石膏中的磷主要以可溶性磷、共晶磷、难溶性磷3 种形式存在,其中以可溶性磷对磷石膏性能影响最大。 可溶性磷是由磷酸在水溶液中电离产生的4 种形态存在,由于体系中的很低,故磷石膏的可溶性磷主要以3 种形式存在,且一般被表面力吸附在石膏晶体表面上。这些磷在炒制过程中不挥发,会生成焦磷酸或其他磷酸盐,当石膏水化时,可溶性磷会与活性强的Ca2+反应生成Ca3(PO4)2,这些难溶物覆盖在磷石膏表面,阻碍石膏继续溶出和水化,从而延长磷石膏及其制品的凝结硬化时间、降低水泥早期强度和降低石膏制品的强度,并且会使水化产物晶体粗化,结构疏松。 共晶磷是由一些代替硫酸根离子进入晶格内形成的,并以CaSO4·2H2O,CaHPO4·H2O 的共结晶体形式存在,其质量分数随磷石膏粒度增加而减少。 在应用时,磷石膏会水化,共晶磷将从晶格中溶出,与溶液中的Ca2+ 生成难溶的Ca3(PO4)2,然后共晶磷会以Ca3(PO4)2形式存在,阻碍磷石膏水化。 此时,溶液pH 值降低,凝结时间延缓,硬化体强度降低,这同样会导致水化产物晶体粗化,结构疏松。 共晶磷的影响规律类似于可溶性磷,但影响程度弱于可溶性磷。 难溶性磷存在于少量未反应的磷石灰粉中,组分为Ca3(PO4)2、FePO4等。 作为一种惰性组分,难溶性磷存在于磷石膏的粗颗粒中,对磷石膏基本没有不良的影响。 磷杂质不仅对磷石膏在建材应用中有影响,而且对用于磷石膏制备硫酸钙晶须时也有影响,磷的存在会对结晶过程起抑制作用,结果不能生成均匀的晶须。

2)氟类杂质

磷石膏中的氟来源于磷矿石,磷矿石经硫酸分解时,磷矿石中的氟有质量分数为20% ～40%留在了磷石膏中,其存在形式以可溶氟(NaF)和难溶氟(CaF2、Na2 SiF6、Na3 AlF6)两种。可溶性氟是影响磷石膏性能的主要形式,它有促凝作用,若可溶性氟含量较低时,其对磷石膏的性能影响较小,但当它的质量分数超过0.3%时,可溶性氟会使水化产物晶体粗化,晶体间分子力削弱,结构疏松,从而降低磷石膏的强度。 难溶性氟有惰性,可以作为惰性填料对磷石膏基本不产生影响,若以同结晶络合物存在,则会有很大的活性和热不稳定性。 磷石膏中的氟会对环境造成危害。(www.xing528.com)

3)有机类杂质

磷石膏中的有机物来源于磷矿石中的有机杂质,以及在一些工艺生产中所加的有机添加剂,其杂质组分主要是乙二醇甲醚乙酸酯、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等。 有机物一般呈现絮状,它们分布在二水石膏晶体表面,其质量分数随磷石膏粒度的增大而增加。 若磷石膏作为胶凝材料使用时,该杂质的存在会明显地增加需水量,同时又会减弱二水石膏晶体间的接合,削弱晶体间的分子力,使硬化体结构疏松,强度降低。

4)其他杂质

磷石膏中还含有碱金属盐、硅、铁、铝、镁等杂质,另外也有金属与磷酸盐形成的络合物,以及一些放射性元素,如铀、镭、镉、铅、铜等元素。 碱金属主要以碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物等可溶性盐形式存在。 碱金属盐带来的主要危害是当磷石膏制品受潮时,碱金属离子会沿硬化体孔隙移出表面,它会等水分蒸发后在表面析晶,产生粉化和泛霜。 磷石膏的硅以石英形态为主,少量和F -络合成Na2 SiF6。 硅具有惰性,对磷石膏的强度没有影响。 一些络合物杂质一般有惰性,对磷石膏性能影响不大。 磷石膏中的放射性元素来源于磷矿石,因此磷石膏也带有一定的放射性,会危害人体健康。 目前,国内外还没有找到一种处理放射性元素的方法。 但如果按国家标准控制放射元素的辐射量,其杂质不会阻碍磷石膏的利用。