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一种磷石膏轻骨料制备技术

来源：花匠小妙招时间：2025-04-25 04:53

吴赤球 1 ，吕伟 1 ，孙涛 2

摘要：提出了一种磷石膏轻骨料制备技术，介绍了磷石膏轻骨料的两种不同用途：制品用轻骨料、水稳层用轻骨料，并对所制备的磷石膏轻骨料的密度、筒压强度、吸水率和软化系数等进行了检测。结果表明，制备的磷石膏轻骨料均能满足相关国家标准的要求，且具有一定的经济和社会效益。

关键词：磷石膏轻骨料；制备技术；用途；性能；经济效益；社会效益

0 前言

磷石膏是化工企业用硫酸分解磷矿、萃取磷酸过程中产生的工业废渣，制取1 t磷酸会产生约5 t磷石膏。磷石膏的主要化学成分是二水石膏（CaSO 4 ·2H 2 O），并含有少量磷酸、磷酸钙、残余酸、可溶性P 2 O 5 、氟化物、重金属、有机质等杂质，通常呈白色或深灰色的潮湿细粉末状。截止2015年，我国磷石膏年排放量已超过7 000万t，2018年，我国磷石膏固体废渣累计堆存量已达2.5亿t。

在全世界范围内，仅有15%的磷石膏被用于建筑材料、农业土壤改良、碱性激发剂缓凝剂等，剩余的85%磷石膏废渣作为固体废弃物处理。在我国，磷石膏年综合利用率仅20%左右，不仅占用了大量的土地，而且还对土壤、水源、空气造成了严重污染，甚至构成安全隐患。

磷石膏本身含有磷、氟、有机质等多种杂质，其性能不如天然石膏，不能直接作为石膏建材使用，必须进行一定的预处理。目前，国内外处理磷石膏的方法主要有：制备硫酸联产水泥、水泥缓凝剂、生产石膏建材制品（如石膏粉、石膏板、石膏砌块、免烧砖、吸声板等）、生产化工原料（如硫酸铵、硫酸钾、硫酸钙晶须）、用作土壤改良剂等。但磷石膏的大规模处理和资源化利用仍有一定的困难，主要原因在于：①预处理成本偏高，缺乏低成本磷石膏改性处理技术；②石膏基气硬性材料强度低、耐水性差，限制了其应用范围；③缺乏石膏基高性能气硬性胶凝材料的制备和应用技术。

针对上述问题，本文提出了一种处理成本低、应用范围广的磷石膏处理技术。该技术通过将过量的磷石膏和活性掺合料进行复合，并掺入少量的碱性激发剂，通过造粒成球工艺经自然水化硬化反应，制备成一种磷石膏轻骨料，该骨料具有重量轻、强度高、生产成本低等优点，可广泛应用到建筑、公路工程当中。

1 磷石膏轻骨料的制备

1.1 原材料

磷石膏：存放时间1年以上，pH值大于3.0，含水率＜15%，符合GB/T 23456—2018《磷石膏》中二级磷石膏的相关规定，放射性符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》中的相关规定。磷石膏的化学成分及指标见表1。

1.2 生产工艺

1.2.1 配合比方案

不同用途磷石膏轻骨料的配合比见表2。

1.2.2 生产工艺流程

磷石膏轻骨料的生产工艺流程见图1。

2 磷石膏轻骨料的性能检测

2.1 密度等级

按照GB/T 17431.2—2010《轻集料及其试验方法第2 部分：轻集料试验方法》进行密度等级检测，检测结果见表3。

从表3可以看出，磷石膏轻骨料的堆积密度在872 kg/m3左右，属于GB/T 17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1 部分：轻集料》中的900级轻粗骨料。

2.2 筒压强度

按照GB/T 17431.2—2010进行筒压强度检测，检测结果见表4。由表4可知，制品用磷石膏轻骨料的筒压强度为8.4 MPa，超过GB/T 17431.1—2010高强轻粗骨料中用于C40混凝土要求的6.5 MPa；水稳层用磷石膏轻骨料的筒压强度为4.2 MPa，符合GB/T 17431.1—2010中工业废渣轻骨料1.5 MPa的要求。

2.3 吸水率

按照GB/T 17431.2—2010进行吸水率检测，检测结果见表5。从表5可以看出，磷石膏轻骨料的吸水率均低于10%，符合GB/T 17431.1—2010中工业废渣轻骨料≤10%的要求。

2.4 软化系数

按照GB/T 17431.2—2010进行软化性能检测，检测结果见表6。从表6可以看出，制品用及水稳层用磷石膏轻骨料的软化系数为0.8，符合GB/T 17431.1—2010中≥0.8的要求。

3 经济效益及社会效益

3.1 经济效益分析

3.2 社会效益分析

磷石膏轻骨料的主要原材料为磷石膏，可大量消耗宜昌市磷石膏的库存量，以磷石膏轻骨料应用于公路水稳层为例，1 km公路水稳层需要1万m3水稳层，其中，需要级配碎石2.3万t，当采用磷石膏轻骨料替代级配碎石时，则需要1.36万t磷石膏轻骨料，因此，每千米可消耗磷石膏1.2万t。

4 结论

制备的两种磷石膏轻骨料（制品用轻骨料、水稳层用轻骨料）的密度、筒压强度、吸水率和软化系数等指标均能够满足相关国家标准的要求，且具有较好的经济效益和社会效益，可广泛应用到建筑、公路工程当中。

来源：《混凝土与水泥制品》杂志2020年第二期

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