摘要：磷石膏是一种常见的工业废渣，它对于水泥的质量改善和降本增效起着重要作用。磷石膏主要用于生产硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥。磷石膏用于制作水泥的原料时，可以为水泥提供必需的钙质。在对水泥进行高温煅烧时，磷石膏的存在可以消除水泥中的某些杂质，降低杂质对成品水泥质量的影响。但磷石膏的应用尚且存在一些技术难题，例如，如何提高磷石膏在高温时的分解率，以及生产不同性能水泥时磷石膏的配比量等。本文重点论述了磷石膏在水泥生产中的应用现状以及对未来发展的预期，以期给相关从业者提供参考。
关键词：水泥；磷石膏；水泥缓凝剂
1 磷石膏生产硅酸盐水泥面临的挑战
由于磷石膏在水泥生产中有着重要的地位，所以目前国际上对该原料的使用进行了大量的实验和研究。在技术上虽然取得了一定的进展，但是依然有一些问题始终得不到突破，这些问题的存在限制了磷石膏的使用。
1.1 磷石膏用作硅酸盐水泥缓凝剂
磷石膏的来源广泛，主要组分具有一定的优越性。这些优点决定了磷石膏可以用于代替天然石膏来进行生产，此举有利于节约生产成本，提高生产经济效益。在实际的生产过程中，磷石膏最直接的使用方式就是作为硅酸盐水泥的缓凝剂。
目前为止，相关行业的技术人员对此已经进行了大量的研究和实验，但是技术上的问题依然存在。目前，在实际的生产中，磷石膏的可使用率依然很低，只有不到百分之五，即生产一吨硅酸盐水泥可使用的磷石膏不到50千克。除此之外，磷石膏中含有杂质，这些杂质的存在也在一定程度上限制了磷石膏在水泥生产中的使用。
相对于天然石膏而言，磷石膏的优越性主要体现在它对水泥的稠度和力学性能的影响都比较小。换言之，在硅酸盐水泥中加入磷石膏，不会对其相关性能造成太大的影响。但是，其缺点也是比较明显的。由于磷石膏的存在，水泥的凝结时间会比不加磷石膏时延长。同时，由于磷石膏中其他杂质的存在，这些杂质可能会降低水泥成品与减水剂的相容性。正是以上两个技术难题的存在，导致磷石膏在水泥生产中的使用率还较低。
为了尽量避免磷石膏所含有的杂质对生产出的水泥的质量影响，在使用磷石膏前，要经过陈化、水洗、以及石灰中和等步骤来进行处理。但是，预处理过程并不能完全除去磷石膏中存在的杂质。这些杂质依然会对水泥的性能造成影响。同时，对磷石膏的预处理过程，会增加水泥生产中的原料消耗和人力成本，导致水泥的生产成本增加，不利于磷石膏的推广应用。除此之外，预处理过程中往往会生成一些对环境有污染的物质，对污染物的处理进一步增加了生产成本。
1.2 磷石膏分解制硫酸联产硅酸盐水泥
为提高磷石膏的使用率，可以在生产工艺上进行改进。磷石膏分解可制备硫酸，生产过程就联产制备硅酸盐水泥可以大大提高磷石膏的使用率，这是一种潜在的增加其利用率的方法。磷石膏中含有硫元素，在受热分解时会产生二氧化硫，二氧化硫通过催化氧化可制备三氧化硫。三氧化硫是制备硫酸的原材料，分解的另外一种产物是氧化钙，氧化钙是生产硅酸盐水泥的原材料之一。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，符合绿色化学生产，既提高了材料利用率，又降低了对环境的污染。
但是，这种联合制备的方法目前还没有得到普及，其推广受到一些原因的限制，主要原因之一就是建立一条完备的生产线所需前期投入较大。
2 磷石膏在生产硫铝酸盐水泥中应用前景
磷石膏的使用并不局限于制作硅酸盐水泥，实际上如果将磷石膏用于硫铝酸盐水泥相对于作硅酸盐水泥缓凝剂，磷石膏用于生产硫铝盐水泥可以更进一步提高磷石膏的利用率。在实际生产中，在两个关键步骤都需要磷石膏的参与，一是在原料进行配料时加入磷石膏有助于硫铝酸钙矿物的生产，二是在磨制水泥时如果加入磷石膏则可以催化水化反应，因此，磷石膏的使用率得到了大幅度的提升。
在进行水泥原材料配置时，磷石膏内含有的杂质在高温煅烧时发生分解反应，产生的新物质可以大幅降低对水泥的不利影响，保证生产出的水泥质量可以达到国标要求。
2.1 磷石膏烧制硫铝酸盐水泥熟料
现有的硫铝酸盐水泥的生产工艺是以碳酸钙、铝矾土和石膏等为原材料。将原材料按照一定的比例进行配料之后高温煅烧而成，采用这种工艺制作出的水泥具有很多优点。例如，耐腐蚀性强、耐酸碱、膨胀率低等。石膏在该生产工艺中的作用主要体现在两个方面，一是导向化合、二是使矿物组成更稳定。
在实际生产中，磷石膏往往是过量投入的。过量的磷石膏会发生分解反应生产氧化钙，氧化钙一部分用于提供混合矿物所需的钙，另一部分可以中和生产过程中产生的杂质。与此同时，反应中产生的二氧化硫等硫的氧化物经过导出后可以用于制备硫酸等其他重要的化工产物。这种过量投料的方式可以有效避免生产时杂质的污染，是一种很值得借鉴的生产工艺。需要注意的是，如果磷石膏分解程度不够则难以实现资源的最大利用。如图 1、图2所示，相关研究人员研究了磷石膏的分解率对水泥性能的影响。
需要我们注意的是，磷石膏过量投入并控制其分解率在硫铝酸盐水泥的制备中是值得探索的课题。
图 1 不同煅烧温度磷石膏分解率
图 2 不同煅烧温度硫铝酸盐水泥抗压强度
另外，过量的投入磷石膏并不会造成原材料浪费，过量的磷石膏在煅烧后会形成高温硬石膏。这种高温硬石膏的性质与后续工艺中需要添加的材料具有相同的性质，因此可以实现再利用。所以，在生产时加大磷石膏的投入量是一种切实可行的操作办法。
2.2 后掺磷石膏生产硫铝酸盐水泥
后掺石膏是硫铝酸盐水泥生产中必须的另外一种原材料，后掺石膏的投入需要根据预期制备的水泥的性质来进行选择。有时需要投入二水石膏来作为后掺水泥，有时又需要投入一水硬石膏，具体的选择要根据实际情况来确定。相关研究人员对硫铝酸盐水泥的制作工艺进行了研究，研究表明磷石膏可以作为后掺石膏用于水泥的生产。以此，可以再次证明过量的磷石膏投料方式并不会造成磷石膏的浪费。但是，在用作后掺石膏的时候，磷石膏比天然石膏存在一定的性质劣势。与天然石膏相比，磷石膏中石膏的纯度达不到天然石膏的标准，所含杂质可能会对水泥成品的质量造成一定的影响，这个问题还存在于用磷石膏生产普通硅酸盐水泥的工艺中。此外，磷石膏是一种复杂的混合物，其主要成分及杂质的种类和含量也在批次上存在差异。一般而言，对水泥质量起主要作用的成分是二水硫酸钙，不同批次磷石膏中该物质的含量不尽相同。因此，在成分控制这一方面，优先考虑控制二水硫酸钙的含量。一般在实际生产中，磷石膏在投入生产线以前，会进行二水硫酸钙的含量检验，并通过预处理将其含量控制在标准范围内，达到要求的磷石膏再投入使用。因此，磷石膏在用于水泥生产的过程中虽然具备明显的优点，但是其主要成分含量的测定和杂质的控制依然是必不可少的步骤。
3结 语
综上所述，磷石膏在现代水泥生产工艺中存在着一定的必要性。在制备传统的硅酸盐水泥，磷石膏的利用技术已经有了一定的发展，并早已投入实际生产中。但依然存在一定的技术难题，主要的难题体现在对可溶性磷杂质含量的控制。除此之外，该生产过程中磷石膏的使用率不高。而在使用磷石膏制备硫铝酸盐水泥的过程中，磷石膏的使用率得到了较大程度的提升。但是同样存在一些技术难题，例如，如何降低其中杂质的含量，以及对杂质成分的利用目前尚未出现较好的解决方案。而如何低成本的实现磷石膏的分段分解并提高其分解率依然是值得探讨的问题，此外，副产物二氧化硫等硫的氧化物的提取和利用技术也不成熟。针对以上问题，需要大量的工作人员进行研究和探索，但可以预见的是，磷石膏在水泥生产中的应用将会越来越普及，技术难题也必将逐一攻破。
参考文献：
[1]王庆荣，李建军，潘淑琴，郭文洁.工业副产石膏的特点及在水泥生产中的应用[J].中国水泥，2014（12）：69-72.
论文作者:班龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：石膏论文; 水泥论文; 杂质论文; 盐水论文; 分解论文; 硅酸盐水泥论文; 使用率论文; 《基层建设》2019年第14期论文;