氟石膏的综合利用现状与展望
第20卷第1期
. 20N o . 1V o l
徐州工程学院学报2005年2月FEB 12005
Jou rnal of Xuzou In stitu te of T echno logy
氟石膏的综合利用现状与展望
田京城
(焦作大学, 河南 焦作 454151)
【摘 要】, 应用现状, 并展现了氟石膏变废为宝, 【关键词】 氟石膏; 综合利用; 应用
【中图分类号】 TQ A 20704(2005) 0120104204
prehen sive Util iza tion of Fluorgypsu m
T I AN J ing 2cheng
(J iaozuo U niversity , J iaozuo , 454151, Ch ina )
【Abstract 】 It in troduces the p rop erty of by -p roduct fluo rgyp sum from hydrofluo ric acid , review es the app licati on of fluo rgyp sum at hom e , and p redicts the develop ing trend and directi on of com p rehen sive u tilizati on fluo rgyp sum .
【Key words 】 fluo rgyp sum ; com p rehen sive u tilizati on ; app licati on
氟石膏是氢氟酸生产过程中的副产品, 俗称工业废渣. 它最初作为废渣抛入堆场, 这样既影响环境又浪费资源, 后经科技人员不断开发, 资源综合利用, 变废为宝, 在很多领域得到应用[1, 2]. 尤其是近几年来, 在科技人员的努力工作下, 氟石膏资源开发利用又取得了新的进展; 同时也很好解决了环境问题.
1 氟石膏的性质
石膏作为一种重要的工业原料和产品广泛应用于国民经济的各个领域如:建筑业、农业、医药、养殖业、工业等, 其主要成分为CaSO 42H 2O . 石膏有天然石膏和人造石膏两类. 氟石膏是人造石膏的一种.
氟石膏的组成是以萤石和硫酸为原料反应制得氢氟酸后副产的以硫酸钙为主的废渣1刚产出时, 该废渣中含有少量硫酸, 用石灰乳或粘土矿料浆中和后, 经过滤和干燥得氟石膏. 它以CaSO 42H 2O 和CaSO 4形态存在. 其化学成分见表1[1].
表1 氟石膏的化学成分(%)
T ab le 1 Chm em ical compo siti on of fluo rgyp sum (%)
CaO 32～38
SO 339～50
Si O 0. 6～4. 0
AL 2O 30. 01～2. 0
Fe 2O 30. 05～0. 25
M gO 0. 1～0. 8
CaF 22. 5～6. 5
灼失(4000C
)
3. 0～19
收稿日期:2004209210
作者简介:田京城(19632) , 男, 河南武陟人, 副教授, 主要从事化工专业研究.
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其中, 用石灰乳中和的氟石膏中含二氧化硅和三氧化二铝很低, 而以粘土矿粉中和时含量较高.
湖南省建材研究设计院1995年对湘铝的氟石膏进行的成分分析结果表明, 氟石膏中和处理后, 一般硫酸钙含量在75%以上, 其中干法氟化铝生产排放的中和氟石膏、硫酸钙含量在95%以上, 和天然石膏一样[3].
氟石膏的环境保护问题上, 中国建材研究院对氟石膏进行的放射性物质比活度的测定结果表明氟石膏的放射性水平远远低于国家标准规定[4]1对H F 的含量, 因氟石膏形成时物料稳定在180～230℃, 而氟化氢在常温下极易挥发, 在生产中被废气回收装置回收利用, 故在此温下几乎氟化氢不会在渣中残存. 氟石膏中含有少量CaF 2(2. 5～6. 5%) , 但其几乎不溶于水, 不会对环境和人体造成危害.
2 氟石膏资源的应用现状
氟石膏作为资源在工业生产中的综合利用问题, 在西方发达国家已经很长时间, 其废石膏几乎被全部应用, 作为天然石膏的替代品, 这样做既节省资源又保护环境. 而我国在氟石膏的综合利用方面也正在逐渐深入, 目前, 我国对氟石膏的应用主要在以下几个方面:2. 1 在水泥工业中的应用
氟石膏可用作各种水泥的缓凝剂[1, 5]、[1]等. 如焦[6]等全国很多厂家都在应用. 其用量:作水泥的缓凝剂为3～8%; ; 0. 1%1氟石膏的重要特点是化学成分稳定, SO 3含量高,
, 除了能降低烧成温度外, 还可以减少物料中的挥发度, 避免造成生产故障和环境污染. 其机理为:水泥中含碱量为:0. 5～0. 6%的N a 2O 和0. 5%～2%K 2O , 在煅烧前一般加石膏0. 5～1%1
因此, 可以使碱保持在烧结块中, 从而不影响水泥的性能. 2. 2 氟石膏在建筑材料工业中的应用[1, 2]
氟石膏在建筑材料工业中已获得广泛应用, 主要用作建筑砌块和地板、建筑抹面材料、炉渣砖、石膏装饰板、建筑纸面石膏板等.
2. 2. 1 生产建筑用砌块[5]和地板
1959年, 抚顺铝厂就用氟石膏制作中型建筑砌块, 建造厂房, 经过数十年使用仍然完好. 其砌块的配比为:氟石膏70%, 炉渣30%.
1992年湘潭矿业学院对湘铝厂的氟石膏进行了制造加气砌块的应用研究, 实践证明, 其生产工艺简单, 成本低, 产品性能可靠, 有较好的经济效益. 其配方为:半水石膏10%, 半水石膏60%, 石灰15%, 粉煤灰10%, 复合缓凝剂、增强纤维以及其他原料共计5%.
氟石膏也被广泛应用于煤灰砖和灰渣砖的添加剂, 其添加量为2～3%.据瑞士布斯公司介绍, 出炉无水氟石膏加一种促凝剂, 经粉碎后, 与沙子按容积比1:25并加入适量的水混合, 可作为建筑地板.
2. 2. 2 生产建筑抹面材料
抹面用粉刷石膏应用非常普遍, 如美国、日本
、法国、英国、西班牙、德国等都使用粉刷石膏作内墙粉刷材料. 我国对粉刷石膏的开发利用也非常重视. 1980年长沙市城建科研所和长沙市建委科技情报站联合研究成功用氟石膏作建筑物室内抹面材料. 其工艺为:将氟石膏经160℃脱水而成半水石膏, 然后于400℃～500℃煅烧. 初凝时间1h 30m in ; 终凝时间8h . 施工时用柠檬酸、纸浆废液和骨渣缓凝剂. 1990年山东省建筑科学研究院对利用氟石膏作为内墙粉刷材料进行了研究, 研制成功了F -型粉刷石膏, 1995年通过部级鉴定. 经测定, 该产品各项技术指标性能良好. F -型粉刷石膏的耐热性和耐水性见表21
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表2 F -型粉刷石膏的耐热性和耐水性
T ab le 2 T he themo stab ility and w ater resistance of F 2w h itew ater gyp sum
项 目
1∶0. 4净浆试件
干养7d 强度
17. 1 100
干21d +水21d
干7d+7d 强度
16. 3 95干21d +水21d
项 目
干7d +水7d 干7强度25. 7 150干21d +60℃
7d 强度干养21d 强度
23. 9 100
干养21d (3d +60℃3d ) 10个循环强度
强度
干14d 强度
注:①试件尺寸3. 16c m 33. 16c m 33. 16c m ; ②分子为强度值, 分母为百分比, 以7d 或21d 干养强度为100:3. 强度单位为M Pa .
2. 2. 3 生产加强石膏纤维装饰板和建筑纸面石膏板
氟石膏制作石膏纤维装饰板和建筑纸面石膏板, 式样新颖, 美观, 规格繁多1它抗冲击性能好, 被广泛使用在各种建筑物装饰.
2. 3 用干法石膏作胶凝材料[7]
在干法石膏中加入无机物复合激发剂, . 工艺性能可添加增塑剂、保水剂等添加剂. 其初凝时间为0. 328天的抗折强度为8. 5～10. 5M Pa , 抗压强度为45～60M Pa , . , . 2. 4 用于陶瓷石膏模具
陶瓷石膏模具, , , , 要求二水石膏的含量高. 氟石膏经漏天堆放、自然水化, . 2. 5[8, 9]
石膏法生产硫酸钾工艺一直是国内外研究重点, 随着环境保护意识的增加, 人们开始考虑资源的综合利用1近几年用氟石膏生产硫酸钾的工艺研究, 取得了突破性进展. 平泉龙威化工集团公司用氟石膏为主要原料生产硫酸钾工程即将投产.
在适当的操作条件下, 可制得硫酸钾和副产含钾的氯化铵肥料. 其工艺流程见图1.
洗水
氯化钾
洗水
水
水
氟石膏
转化反应器
复分解反应器
浓缩结晶
分离
烘干
过滤
产品
碳铵
CaC O 渣
3
回收含K 氯化争
图1 由氟石膏制取硫酸钾工艺流程
F ig . 1 P rocess flow of po tassium su lphate from fluo rgyp sum
该工艺过程是一个反应和结晶同时进行的复杂过程. 转化温度、时间等对转化率有较大影响; 常温反应30分钟后提高温度至60℃左右, 转化时间为90分钟; 搅拌器搅拌速度为300～600转 分. 石膏中SO 42-转化率在75%左右, 利用率不是很高. 复分解转化率结果见表3
表3 复分解转化率结果
T ab le 3 T he resu lts of doub le decompo siti on conversi on
试验序号
[***********]产品含量%
K 2O 49. 0949. 7948. 37产品含量%
C l 1. 411. 200. 46石膏转化率以SO 2-4
75. 78. 73. 605613复分解转化率%计 以 SO 2-4 计
78. 75. 65. 453658复分解转化率%以 K + 计
75. 74. 67. 302532・1
06・
2003年焦作大学符德学等同志在上述反应原理基础上, 通过在硫酸氨与氯化钾反应中加入有机溶剂(二元醇) 法, 同时改进生产工艺, 使硫酸钾优先析出, 把石膏中SO 42-转化率提高到90%以上(已通过省级鉴定) , 使氟石膏的综合利用价值得到进一步提高.
3 氟石膏资源综合利用展望
由氟石膏资源综合利用的现状可以看出, 我国在氟石膏的开发利用上已经从简单、低附加值利用逐渐向高技术、高附加值, 深加工方向转化1这样既解决了环境保护问题, 又有效的利用了资源, 具有良好的社会效益和经济效益, 有着广阔的发展前景. 但是, 从以上的应用业可以看出氟石膏目前的主要在建筑和肥料行业, 主要原因是氟石膏中的部分杂质尚未有效去除1如果能够把这些杂质去除, 其应用将更加广泛. 可以肯定, 在我国把环境保护和可持续发展作为21世纪发展战略和基本国策, 强调绿色工业的今天, 氟石膏的综合利用一定会再上新台阶.
参 考 文 献
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(上接第94页)
利用可编程逻辑器件PLD 作为硬件电路, 采用V HDL 硬件描述语言对硬件的功能进行编程, 大大加快了系统的开发研制进度; 采用数字化的控制方式则进一步提高了控制的精确度1PLD 芯片可以代替传统的复杂的电路, 大比例地缩小了电路的硬件规模, 提高了集成度, 从而降低了开发成本, 提高了系统的可靠性, 对航空地面电源逆变控制电路进行设计和实现非常有利.
参 考 文 献
[1]卢庆利. 将V HDL 硬件描述语言引入数字电路教学的探索[J ]1实验室研究与探索, 2000, (5) :67-70. [2]陆桢, 纪志成, 沈艳霞. 96单片机生成SP WM 的软硬件策略[J ]1无锡轻工大学学报, 2000, (3) :287-291. [3]林明权, 马维. V HDL 数字控制系统设计范例[M ],北京:电子工业出版社, 2003. [4]潘松, 黄继业. EDA 实用教程[M ]. 北京:科学出版社, 2002.
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