磷石膏作水泥缓凝剂的应用及其危害(张云宝)

磷石膏作水泥缓凝剂的应用及其危害 1 磷石膏的应用及危害 1.1 磷石膏的物理化学性质 磷石膏多数呈灰白色，比重约为2.32 g/cm3。堆积密度为0.847 g/cm3左右。主要含有二水硫酸钙，少量是半水或无水硫酸钙。反应生成的磷石膏含有较多的杂质，其主要成分如表1所示。 表1 实验所用磷石膏和石膏的化学成分(%) 样品名称 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 P2O5 K2O F 有机物 损失量 磷石膏 2.01 33.97 0.77 0.24 0.21 42.96 2.48 0.023 0.16 0.12 19.03 石膏 2.62 35.25 0.89 0.17 0.87 43.10 13.52 由表1可知，天然石膏与磷石膏的化学成份SO3和CaO大致相同。由此可见，磷石膏可以代替石膏作水泥的缓凝剂，但是磷石膏中有天然石膏中没有的P2O5、F和有机物，呈现较强的酸性，pH=3.4左右，并且含水高达 21%，由于这些差别存在必然会影响水泥的性能，妨碍磷石膏在水泥中的应用。只有了解磷石膏中杂质的水泥中危害行为，才能有效开发磷石膏在水泥中的应用。 1.2 磷石膏直接用于水泥中的危害 磷石膏中二水硫酸钙含量超过80%～90%，是一种重要的再生石膏资源。但是磷石膏与天然石膏在组成和结构方面的差异使其不能直接用于作为水泥的缓凝剂，这是由于磷石膏中含有磷、氟、有机物等诸多有害杂质，使其性能不如天然石膏。杂质对水泥的影响如下： 1.2.1 可溶磷和氟 磷石膏中的主要以H3PO4、NaF、Na2SiF6等形式存在的可溶性磷和氟，可溶性磷和氟的存在减慢水化硬化的原因可能是在水化初期可溶磷和氟形成磷酸钙和氟化钙沉淀覆盖在半水石膏表面，阻碍其溶出与水化，造成水泥凝结迟缓。另一方面可溶磷和氟存在减少水泥水化生成氢氧化钙含量，使生成钙矾石速度减慢，同时，可溶氟使水化产物二水石膏晶体粗化晶体间的接合点减少接合力削弱，致使其强度降低。 1.2.2 共晶磷 CaHPO4·2H2O与CaSO4·2H2O同属单斜晶系晶格常数也极为相近在一定条件下CaHPO4·2H2O可以进入 CaSO4·2H2O晶格形成固溶体。在生产磷酸铵时，磷酸氢钙部分取代石膏中的水分子而进入石膏晶格中，生成共晶磷。当掺有该种磷石膏的水泥加水拌合时，在强碱性环境下，共晶磷又释放出来，起到和可溶性P2O5相同的有害作用。 1.2.3 有机物 磷矿石带入的有机物和磷酸生产时加入的有机絮凝剂使磷石膏中含有少量有机物，残留在磷石膏中的有机物会附在磷石膏表面。用磷石膏作水泥缓凝剂在硬化时有机物会阻碍CaSO4·2H2O的形成，能延缓水泥的凝结时间，但是将...