杨瑞宗
哈密天山水泥有限责任公司新疆哈密839000
摘要：磷石膏的预处理工艺包括酸浸法、中合法和水洗法，不同处理工艺都会对磷石膏的性能造成影响，尤其是流动性、凝结时间和抗压强度。不同预处理工艺能够将石膏中杂质去除，然而由于预处理生成物与去除量之间存在差异性，因此导致砂浆性能差异性比较大。此次研究主要是探讨分析预处理工艺影响磷石膏水泥砂浆性能，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：预处理工艺；磷石膏；水泥砂浆；性能
在磷化工生产期间，会产生磷石膏等副产品，其成分包括二水硫酸钙，并且包含磷酸和五氧化二磷等杂质，有效处理磷石膏能够解决环境污染和资源浪费情况。磷石膏水泥砂浆是按照标准比例，将砂石、水泥和粉煤灰混合制作的建筑材料。磷石膏中所含有的氟化物和磷酸会影响砂浆性能，包括拌和耗水量以及强度等。为了使磷石膏的杂质含量减少，加强砂浆性能，此次研究拟采用酸浸法、中合法和水洗法等处理工艺，且比较分析不同处理工艺对砂浆性能的影响。
1试验分析
1.1材料
磷石膏，密度2.18g/cm³，成分如下：三氧化硫为39.35w/%；氧化钙为33.56w/%；二氧化硅为3.17w/%；五氧化二磷为0.78w/%；三氧化二铝为0.86/%；氧化镁为0.45w/%；氧化钾为0.15w/%；三氧化二铁为0.13w/%。集料为河砂，水泥为硅酸盐水泥，聚羧酸减水剂，1级粉煤灰。
1.2预处理
在对磷石膏进行预处理时，必须注重磷石膏再利用率，以此降低杂质对性能的影响。磷石膏杂质为可溶氟、有机物和难溶性磷。其中，可溶性氟和可溶性磷对磷石膏性能影响比较大。使用标准筛（74µm）将磷石膏进行筛分处理。
水洗法处理工艺：将磷石膏置于水中进行冲洗，通过检测石膏pH值，判断净化效果。水洗法能够将石膏中有机物、可溶性氟化与可溶性磷等杂质去除。然而此种处理工艺需水量比较大，还需要对水洗废水进行处理，以免造成二次污染。水洗工艺的温度设置在39摄氏度，按照1：3比例将磷石膏与水进行混合水洗，搅拌时间控制为10min，将预处理的石膏置于烘箱（60℃）内烘干。
中和法处理工艺：此种处理方法是将磷石膏划分为不同试验组，按照不同质量加入生石灰，与水混合均匀，陈化1d后检测pH值，之后将沉积石膏干燥备用。
酸浸法处理工艺：将磷石膏划分为不同试验组，按照不同质量加入柠檬酸水溶液，搅拌后放置于机械振动筛上进行处理，过滤后用水洗法进行二次处理，将预处理的石膏置于烘箱（40℃）内烘干。
1.3制作试件
按照砂浆标准配比，通过水泥搅拌机进行水泥砂浆配置，将不同预处理后的磷石膏、水泥和粉煤灰加入搅拌机中，制作砂浆试块。砂浆液中粉煤灰、水泥和磷石膏的比例控制在0.33：0.10：0.33，水胶比为0.53，按照混合材料三倍量投放河砂。
2结果
2.1预处理工艺影响水泥砂浆强度的分析
采用不同预处理工艺处理后，将磷石膏制作为长方体试件（160×40×40）mm，通过万能试验机对试件的抗压强度进行测试，按照不同龄期对抗压强度进行测试，选取测试平均值作为最终结果。如图1所示：
图1抗压强度测试结果
从图1能够看出，在对磷石膏进行预处理之后，均提升了砂浆的抗压强度，且砂浆养护时间与抗压强度之间呈现正相关关系。磷石膏经过水洗法处理后，与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。中和法处理工艺会掺加生石灰，会影响抗压强度。在此次研究中，加入2.4%质量分数生石灰后，磷石膏的抗压强度最高，与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。在加入4%质量分数柠檬酸水溶液后，明显提升了磷石膏杂质去除率，且与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。
水洗法处理工艺中，可有效溶解氟离子和可溶性物质，在水泥砂浆制备过程中，预处理工艺能够消除杂质的影响作用，确保结晶体均匀生长，以此加强抗压强度。中和法处理工艺中，添加氧化钙，会将残留酸进行中和处理，对pH值进行调节。此外，氧化钙还能够与难溶性杂质生成惰性物质，提升无害性。在酸浸法处理工艺中，柠檬酸能够与磷杂质、可溶性氟生成可溶性物质，与磷石膏中的氟化钙、氟铁酸钠、氟氯酸钠等反应生成可溶于酸性溶液的物质。
2.2预处理工艺影响砂浆凝结时间的分析
通过试验检测砂浆试件的凝结时间，结果如下图所示。磷石膏未经过预处理的凝结时间最长，主要是由于杂质影响水化作用过程，会出现缓凝作用。相比于未处理来说，水洗处理、中和法处理的初凝时间和终凝时间缩短，然而酸浸法处理工艺的初凝时间和终凝时间缩短最为明显。提示试件杂质去除率以及处理生成物会影响凝结时间。使用酸浸法处理工艺时，会产生柠檬酸钠，其会与磷石膏中的钙离子发生反应，从而生成藻酸盐，使水化比例降低，缩短试件初凝时间和终凝时间。
2.3不同预处理工艺影响砂浆流动性的分析
将未处理的磷石膏作为基准试样，获取不同试样与基准试样的流动性所需减水剂添加量，如下图所示，不同试件所需减水剂添加量，和磷石膏预处理生成物及杂质有关。在进行水泥砂浆试件制备时，可溶性杂质水解需水量大，且难溶性杂质会出现缓凝作用，会导致水化速率降低。此外，在进行相同流动性水泥砂浆试件时，难溶性杂质的需水量大。由于磷石膏表面会包括有机物杂质，导致磷石膏晶体连接效果减弱，还会影响水化过程，增加试件制备需求量。
中和法处理和酸浸法处理的试件，由于杂质含量较小，中和法处理减水剂添加量明显高于酸浸法，是由于中和法在掺加生石灰时，所生成的氢氧化钙会进入到晶体结构隙中，增加胶凝材料的粘稠度，进一步导致试验拌和需水量增加。
预处理工艺影响砂浆凝结时间分析砂浆减水剂掺加量
3结论
此次所应用的磷石膏预处理工艺包括酸浸法、中合法和水洗法，明显降低了磷石膏内杂质。不同预处理方法的作用机制不相同，因此导致水泥砂浆制备性能存在差异性。在对磷石膏进行预处理后，所制备的水泥砂浆抗压强度明显提升，且水洗法和中和法处理工艺的抗压强度明显高于酸浸法。加入2.4%质量分数生石灰后，磷石膏的抗压强度最高；加入4%质量分数柠檬酸水溶液后，磷石膏杂质去除率最佳，且与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。相比于未处理来说，水洗处理、中和法处理的初凝时间和终凝时间缩短，酸浸法处理工艺的初凝时间和终凝时间缩短最为明显，试件杂质去除率以及处理生成物会影响凝结时间。中和法处理和酸浸法处理的试件，中和法处理减水剂添加量明显高于酸浸法。在进行相同流动性水泥砂浆试件时，难溶性杂质的需水量大。流动性相同时，砂浆减水剂掺加量与直接相应处理生成物、杂质残留量。
参考文献：
[1]张丽珍.燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水零排放烟道喷雾工艺探讨[J].污染防治技术，2018，31（04）：11-13+41.