磷石膏生产硅酸盐水泥面临的挑战
目前国内外对磷石膏在生产硅酸盐水泥中的应用进行了大量的研究，主要集中在磷石膏作为水泥缓凝剂和制硫酸联产硅酸盐水泥方面，但这两种利用途径都存在着一些难以解决的问题，限制了磷石膏大量用于硅酸盐水泥的生产。
1
磷石膏用作硅酸盐水泥缓凝剂
磷石膏的基本组分决定了其代替天然石膏使用是最具有经济价值的利用方式之一，其中作为硅酸盐水泥缓凝剂是磷石膏利用最直接的方式。
目前，国内外已对此进行了大量的研究和工程示范应用，但硅酸盐水泥中石膏掺量通常仅为3% ～5%，生产1 吨硅酸盐水泥能利用的磷石膏不到50 kg，按照这种方式消纳的磷石膏有限。此外，磷石膏中杂质的存在也进一步制约了其作为硅酸盐水泥缓凝剂应用。相比于天然石膏，磷石膏对硅酸盐水泥的标准稠度与力学性能影响较小，但会不同程度地延缓水泥的凝结时间。同时，杂质的存在还使水泥与某些类型的减水剂相容性变差。由于上述原因，目前磷石膏只在32． 5 等级水泥中有少量应用。
为了消除或减少磷石膏杂质对水泥质量的影响，实际生产中需要采取陈化、水洗、石灰中和等工艺，但处理后的磷石膏与天然石膏相比，对水泥性能的不利影响特别是与外加剂的相容性方面的问题仍然无法完全避免，致使磷石膏作为水泥缓凝剂使用受限，同时预处理过程也增加了磷石膏的利用成本，而且可能造成二次污染。
2
磷石膏分解制硫酸联产硅酸盐水泥
磷石膏分解制硫酸联产硅酸盐水泥相对作为缓凝剂来说，磷石膏用量将大大增加，是磷石膏利用潜在的有效途径之一。磷石膏高温分解产生的SO2可用于生产硫酸，CaO 则可作为生产硅酸盐水泥的原材料。
据测算，建设1 条年产150 万吨水泥的磷石膏制硫酸联产水泥生产线，每年可消耗的干基磷石膏约220 万吨，同时可基本实现磷铵企业硫酸的消耗与生产平衡，具有很好的经济和环境效益。
但是，磷石膏制酸联产水泥工艺复杂且投资较大，使得这种工艺的推广利用遇到一定的困难。现有生产经验表明，为保证联产硅酸盐水泥的质量，要求磷石膏中总磷含量小于1%，可溶性磷含量小于0． 5%，氟含量小于0． 3%，对磷石膏品质提出了较高的要求。生产中还需要磷石膏有很高的分解率，通常需要确保磷石膏中CaSO4接近完全分解，高分解率的要求还需根据原材料特性确定生料率值及碳硫比，同时需要采取均化措施保证磷石膏化学成分的稳定，对生产企业提出了很高的经济及技术要求。受近年来国际硫磺市场价格等因素影响，磷石膏制硫酸联产水泥工艺的经济性也难以体现，因此实际推广应用受限。很显然，磷石膏制酸联产硅酸盐水泥可以消纳大量的磷石膏，虽然对磷石膏品质有一定要求，但不需要对磷石膏进行预处理。
磷石膏在生产硫铝酸盐水泥中应用前景
相对于作硅酸盐水泥缓凝剂，磷石膏用于生产硫铝酸盐水泥则可以消纳更多的磷石膏。在硫铝酸盐水泥生产中，不仅在生料配料时需要掺入适量的石膏以保证硫铝酸钙矿物的形成，而且在磨制水泥时也需要适量的后掺石膏以参与硫铝酸钙的水化反应。相比于作硅酸盐水泥缓凝剂而言，磷石膏用量显著增加。
作生料配料时，磷石膏含有的杂质在煅烧条件下会发生变化，可以避免或减弱对水泥的不利影响; 作后掺石膏使用时则需要对磷石膏进行充分试验验证。如果在硫铝酸盐水泥生产中也考虑磷石膏分解制酸和提供钙质，则磷石膏用量将明显提高。
1
磷石膏烧制硫铝酸盐水泥熟料
传统硫铝酸盐水泥的生产以适当成分的石灰石、铝矾土以及石膏为原料，经1300 ～ 1350 ℃煅烧而成，具有高早强、微膨胀、耐侵蚀和抗冻性好的特点。石膏作为硫铝酸盐水泥生产中用量较大的原材料之一，在熟料烧成过程中起导向化合及稳定矿物组成两方面的作用。磷石膏代替天然石膏与钙质原材料、铝质原材料混合烧制硫铝酸盐水泥熟料时，所含的可溶性杂质会与石灰石分解产生的CaO 反应形成稳定化合物，杂质得以转化并以惰性形式固溶在水泥熟料矿物中，不仅极大地降低了磷石膏杂质的不利影响，还可以促进水泥熟料矿物的烧成，改善其易烧性。杨林利用磷石膏、硫铁矿渣制得了铁相含量较高的贝利特硫铝酸盐水泥熟料，以磷石膏为原料在1250 ℃煅烧水泥的抗压强度与以天然石膏为原料在1300 ℃煅烧水泥的抗压强度相当，说明磷石膏中含有的磷酸盐、氟化物、有机物等杂质，在水泥熟料煅烧过程中降低了熟料的烧成温度而起到矿化剂的作用。
如果合理控制硫铝酸盐水泥熟料煅烧气氛或者使磷石膏过量的情况下，磷石膏将会发生分解，只要能促使磷石膏在熟料形成阶段尽可能多地分解，但又不完全分解，则磷石膏分解产生的CaO 可代替部分石灰石所提供的钙质组分，未分解的磷石膏提供生产硫铝酸盐水泥必需的硫酸钙组分，产生的SO2气体收集后还可以用于生产硫酸。这样就可以避免磷石膏制酸联产硅酸盐水泥时需要极高分解率的要求，可使硫铝酸盐水泥生料中磷石膏掺量大幅度增加。磷石膏部分分解制备硫铝酸盐水泥的关键在于提高磷石膏的分解率。
很显然，如果磷石膏分解率不够高，则难以达到资源化利用的初衷。柴俊青等研究了磷石膏高温分解对烧制硫铝酸盐水泥性能的影响，磷石膏掺量为27． 12%、煅烧温度为1300 ℃时分解率达到了36． 2%，水泥在28 d 抗压强度达到了58． 5 MPa。尽管如此，磷石膏分解产生的CaO 仍不足以达到有效代替生料配料中所需CaO 的要求，分解产生的SO2也难以收集用于联产硫酸。因此，需要综合考虑磷石膏的分解与硫铝酸盐水泥烧成过程，如果控制磷石膏在某一温度段集中分解，而其他温度段无分解，则有利于实现SO2的收集和制酸。
此外，在配制硫铝酸盐水泥时保持磷石膏过量，煅烧后过量的磷石膏将以高温硬石膏的形式存在于熟料中，这种高温硬石膏具有和后掺石膏相近的作用效果，因此可以代替后掺石膏作为硫铝酸盐水泥的组分。
Shen对该方法进行了探索，结果表明磷石膏经过高温过程可以一定程度上消除杂质的不利影响。很显然，以这种高温硬石膏代替后掺石膏发挥作用，不需要在熟料粉磨时掺加石膏，既简化了工艺流程，还有利于保证水泥的质量。
2
后掺磷石膏生产硫铝酸盐水泥
在生产硫铝酸盐水泥时，根据水泥品种不同，后掺石膏有的需要二水石膏，有的则需要硬石膏。刁江京等人探索了用磷石膏作为后掺石膏生产硫铝酸盐水泥熟料的研究，结果表明采用磷石膏是可以生产出合格的硫铝酸盐水泥熟料的［25］。然而，磷石膏中所含杂质是影响其作为后掺石膏直接代替天然石膏利用的首要因素。
由于磷石膏中杂质的存在，直接作为后掺石膏用于硫铝酸盐水泥时可能会对水泥的水化过程产生不利影响，这与磷石膏作为普通硅酸盐水泥缓凝组分的问题类似，除此之外磷石膏中CaSO4·2H2O 含量也会影响磷石膏硫铝酸盐水泥的性能。通常的做法是对磷石膏进行预处理以便获得性能稳定且杂质含量符合要求的二水石膏，然后再作为后掺石膏用于生产硫铝酸盐水泥。当然不同来源的磷石膏中杂质的影响会有所不同，Kuryatnyk等采用两种磷石膏分别与硫铝酸盐水泥熟料按3∶ 7 的比例混合来制得硫铝酸盐水泥，结果表明采用Gabes
磷石膏制备的水泥具有水硬性，而以Skhira 磷石膏制备的水泥由于在初始的基体中形成大量钙矾石导致了过大的膨胀，因此没有强度。显然，要将磷石膏作为后掺石膏使用还需要对其性能进行充分的分析测试。
来源：《磷石膏在水泥生产中的应用现状与展望》，作者：杨志强，陈晴，郭清春等
联系客服
