NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0409

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (6): 87-93.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0409

NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响

胡成¹^,²(), 刘梦², 向玮衡³^,⁴(), 段鹏选³, 李顺凯⁴, 明阳¹^,³, 王能², 卢冠举²

^1.桂林理工大学广西绿色建材与建筑工业化重点实验室，广西桂林 541004
^2.桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林 541004
^3.桂林理工大学广西工业废渣建材资源利用工程技术研究中心，广西桂林 541004
^4.桂林理工大学有色金属矿产勘查与资源高效利用省部共建协同创新中心，广西桂林 541004

收稿日期:2023-08-10 出版日期:2024-06-10 发布日期:2024-06-20
通讯作者: 向玮衡（1989— ），女，博士，讲师，主要研究方向为高性能无机胶凝材料研究；E-mail：XWH891116@163.com。
作者简介:胡成（1988— ），男，博士，副研究员，主要研究方向为固废资源化利用及低碳胶凝材料研究；E-mail：hucheng0402@wust.edu.cn。
基金资助:
广西重点研发计划项目(桂科AB22035064);广西青年人才专项(桂科AD22035126);国家自然科学基金项目(52062009);广西绿色建材与建筑工业化重点实验室开发基金项目（桂科能22-J-21-19）

Effect of NaCl solution concentration on transcrystallization behavior of α-hemihydrate gypsum from phosphogypsum

HU Cheng¹^,²(), LIU Meng², XIANG Weiheng³^,⁴(), DUAN Pengxuan³, LI Shunkai⁴, MING Yang¹^,³, WANG Neng², LU Guanju²

^1.Guangxi Key Laboratory of Green Building Materials and Construction Industrialization，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^2.College of Civil and Architectural Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^3.Guangxi Engineering and Technology Center for Utilization of Industrial Waste Residue in Building Materials，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China
^4.Collaborative Innovation Center for Exploration of Nonferrous Metal Deposits and Efficient Utilization of Resources，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China

Received:2023-08-10 Published:2024-06-10 Online:2024-06-20

摘要/Abstract

摘要：

为提高湿法磷酸工艺排放的副产品磷石膏的利用率和附加值，采用常压水热合成法在NaCl溶液中制备α-半水石膏材料，研究了NaCl溶液浓度对α-半水石膏的结晶水含量、转晶行为、矿相组成和显微形貌的影响。研究结果表明，在温度为95 ℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中，磷石膏的结晶水含量均随着反应时间的延长逐渐降低，且降至约6%后将逐渐趋于平缓。结合XRD和SEM分析认为磷石膏在95 ℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中可脱水转晶形成稳定的六方柱状α-半水石膏。同时，磷石膏的脱水转晶速率呈现先缓慢上升而后快速升高，最后逐渐趋于平缓的变化趋势，属于典型的生长-成核动力学过程。随着NaCl溶液浓度的升高，α-半水石膏的诱导成核时间和晶体生长时间逐渐加快，总转晶时间逐渐缩短。其中，磷石膏在质量分数为20.0%的NaCl溶液中水热反应0.5 h后即可完全转变为α-半水石膏，与质量分数为15.0%的NaCl溶液相比缩短了1.38 h。因此认为，NaCl溶液浓度的提高有助于加快磷石膏的脱水转晶效率，这可为实际规模化生产α-半水石膏提供指导。

关键词: 磷石膏, α-半水石膏, 转晶行为, 水热合成, NaCl溶液

Abstract:

In order to improve the utilization rate and added value of phosphogypsum by-products discharged from wet phosphoric acid process，α-hemihydrate phosphogypsum materials were prepared in NaCl solution by the atmospheric pressure hydrothermal synthesis method，and the effects of NaCl solution concentration on crystal water content，crystallization behavior，mineral phase composition and microscopic morphology of α-hemihydrous phosphogypsum were studied.The results showed that the crystalline water content of phosphogypsum was gradually decreased with the prolongation of reaction time in 10.0%~20.0% NaCl solution at a temperature of 95 ℃ and leveled off after decreasing to about 6%.Combined with XRD and SEM analysis，it was concluded that phosphogypsum could be dehydrated and recrystallized to form stable α-hemihydrous gypsum with hexagonal columnar shape in 10.0%~20.0% NaCl solution at 95 ℃.At the same time，the dehydrated transcrystallization rate of phosphogypsum was increased slowly at first，then rapidly，and finally gradually tended to be gentle，which was a typical growth-nucleation dynamic process.With the increase of NaCl concentration，the induced nucleation time and crystal growth time of α-hemihydrous phosphogypsum were gradually accelerated，and the total crystallization time was gradually shortened.Among them，the completely dehydrated transcrystallization time of phosphogypsum in 20.0%NaCl solution was only 0.5 h，and which was shortened by 1.38 h compared with 15.0%NaCl solution.Therefore，it was concluded that the increase of NaCl solution concentration accelerated the dehydration and crystallization efficiency of phosphogypsum，which could provide guidance for the actual large-scale production of α-hemihydrate gypsum.

Key words: phosphogypsum, α-hemihydrate gypsum, transcrystallization behavior, hydrothermal synthesis, NaCl solution

中图分类号:

TQ126.3

胡成, 刘梦, 向玮衡, 段鹏选, 李顺凯, 明阳, 王能, 卢冠举. NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 87-93.

HU Cheng, LIU Meng, XIANG Weiheng, DUAN Pengxuan, LI Shunkai, MING Yang, WANG Neng, LU Guanju. Effect of NaCl solution concentration on transcrystallization behavior of α-hemihydrate gypsum from phosphogypsum[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(6): 87-93.

图/表 9

表1

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图6

表2

图7

参考文献 20

1	杨再银.中国工业副产石膏利用现状及“十四五” 展望［J］.硫酸工业，2021（7）：1-4，23.
	YANG Zaiyin.Utilization status of industrial by-product gypsum in China and its prospect in the 14th Five-Year Plan［J］.Sulphuric Acid Industry，2021（7）：1-4，23.
2	周妙琴，陶雪，廖迅，等.磷石膏产排情况及资源化利用研究进展［J］.云南化工，2022，49（12）：4-8.
	ZHOU Miaoqin， TAO Xue， LIAO Xun，et al.Production and discharge of phosphogypsum and research progress on its resource utilization［J］.Yunnan Chemical Technology，2022，49（12）：4-8.
3	黄照昊，罗康碧，李沪萍.磷石膏中杂质种类及除杂方法研究综述［J］.硅酸盐通报，2016，35（5）：1504-1508.
	HUANG Zhaohao， LUO Kangbi， LI Huping.Types of impurity in phosphogypsum and the method of removing impurity research review［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2016，35（5）：1504-1508.
4	顾青山，林喜华，赵士豪，等.不同预处理工艺对磷石膏性能的影响［J］.无机盐工业，2022，54（4）：17-23.
	GU Qingshan， LIN Xihua， ZHAO Shihao，et al.Effect of different pretreatment processes on properties of phosphogypsum［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（4）：17-23.
5	LU Wenda， MA Baoguo， SU Ying，et al.Preparation of α-hemihydrate gypsum from phosphogypsum in recycling CaCl₂ solution［J］.Construction and Building Materials，2019，214：399-412.
6	张峻，解维闵，董雄波，等.磷石膏材料化综合利用研究进展［J］. 材料导报，2023，37（16）：167-178.
	ZHANG Jun， XIE Weimin， DONG Xiongbo，et al.Research progress on comprehensive utilization of phosphogypsum for materials：A review［J］.Materials Reports，2023，37（16）：167-178.
7	JIN Zihao， CUI Chengjia， XU Zihao，et al.Recycling of waste gypsum from αlpha-hemihydrate phosphogypsum：Based on the atmospheric hydrothermal process［J］.Construction and Building Materials，2023，377：131136.
8	胡成，向玮衡，陈平，等.丁二酸对水热合成α-半水脱硫石膏微晶形貌及力学强度的影响［J］.无机盐工业，2021，53（4）：76- 80.
	HU Cheng， XIANG Weiheng， CHEN Ping，et al.Effects of succinic acid on crystallite morphology and mechanical strength of α-hemihydrate desulfurized gypsum synthesized by hydrothermal method［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（4）：76-80.
9	LI Xianbo， HE Yuqi.Preparation of α-hemihydrate gypsum from phosphogypsum in glycerol and Na₂SO₄ mixed solutions under atmospheric pressure［J］.Journal of Crystal Growth，2021，568/569：126184.
10	YANG Liuchun， GUAN Baohong， WU Zhongbiao.Characterization and precipitation mechanism of α-calcium sulfate he-mihydrate growing out of FGD gypsum in salt solution［J］.Science in China Series E：Technological Sciences，2009，52（9）：2688-2694.
11	李显波，叶军建，王贤晨，等.盐介质对磷石膏常压盐溶液法制备α半水石膏的影响研究［J］.矿产保护与利用，2017（6）：79-86.
	LI Xianbo， YE Junjian， WANG Xianchen，et al.Effect of salt medium on preparation of α-hemihydrate from phosphogypsum using salt solution method［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2017（6）：79-86.
12	杨润，陈德玉，米阳，等.常压无氯复合盐溶液磷石膏制备α-半水石膏［J］.非金属矿，2019，42（4）：1-5.
	YANG Run， CHEN Deyu， MI Yang，et al.Preparation of α-semi hydrated gypsum from phosphogypsum in atmospheric pressure chlorine-free complex salt solution［J］.Non-Metallic Mines，2019， 42（4）：1-5.
13	王鑫，纪利俊，陈葵，等.pH与Ca²⁺浓度对磷石膏常压制备α-半水硫酸钙的影响［J］.无机盐工业，2017，49（11）：54-58.
	WANG Xin， JI Lijun， CHEN Kui，et al.Effects of pH and Ca²⁺ concentration on formation of α-hemihydrate calcium sulfate by phosphogypsum under atmospheric pressure［J］.Inorganic Chemi-Industry cals，2017，49（11）：54-58.
14	杨后文，刘丰，江郡，等.常压水热法制备半水脱硫石膏的工艺因素研究［J］.矿产综合利用，2021（1）：140-143，198.
	YANG Houwen， LIU Feng， JIANG Jun，et al.Research on process condition on the preparation of hemihydrate desulfurization gypsum with hydrothermal method under atmospheric pressu-re［J］.Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2021（1）：140-143，198.
15	刘先锋，舒渝艳，魏桂芳，等.盐溶液浓度对常压水热法制备α-半水脱硫石膏的影响［J］.科学技术与工程，2012，12（16）：3877-3879，3888.
	LIU Xianfeng， SHU Yuyan， WEI Guifang，et al.The effect of salt solution concentration on the preparation of α-calcium sulfate hemihydrate from FGD gypsum using the hydrothermal method under atmospheric pressure［J］.Science Technology and Engineering，2012，12（16）：3877-3879，3888.
16	陈平，田宇，胡成.盐溶液种类和浓度对α-半水脱硫石膏合成的影响［J］.无机盐工业，2020，52（10）：130-134.
	CHEN Ping， TIAN Yu， HU Cheng.Effect of type and concentration of salt solution on synthesis of α-semi-water desulfurization gypsum［J］.Inorganic Chemicals Industry，2020，52（10）：130- 134.
17	玉霞.磷石膏半液相法制备α-半水石膏中转晶剂的作用机理研究［D］.宜昌：三峡大学，2021.
	YU Xia.Mechanism of transforming agent in the semi-liquid method for preparation of α-hemihydrate gypsum by phosphogypsum［D］.Yichang：China Three Gorges University，2021.
18	SKRDLA P J.Crystallizations，solid-state phase transformations and dissolution behavior explained by dispersive kinetic models based on a Maxwell-boltzmann distribution of activation energies：Theory，applications，and practical limitations［J］.The Journal of Physical Chemistry A，2009，113（33）：9329-9336.
19	SKRDLA P J.Kinetics and thermodynamics of efficient chiral symmetry breaking in nearly racemic mixtures of conglomerate crystals［J］.Crystal Growth & Design，2011，11（5）：1957-1965.
20	毛经纬.脱硫石膏溶液结晶法制备α-半水石膏过程中的稳定性及结垢研究［D］.杭州：浙江大学，2013.
	MAO Jingwei.Metastability of α-calcium sulfate hemihydrate during preparation from FGD gypsum in salt solution and anti-fouling research［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2013.

NaCl溶液质量分数/%	诱导成核时间/h	晶体生长时间/h	总转晶时间/h
10.0	3.82	10.84	14.66
12.5	2.02	8.81	10.83
15.0	0.54	1.34	1.88
17.5	0.30	0.73	1.03
20.0	0.15	0.35	0.50

[1]	冷曼希, 朱钰, 严继康, 谢轲, 邹永洁. 工业废料磷石膏结晶特征与矿物浮选性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 108-115.
[2]	谭善宜, 文惠子, 何淑玉, 张沥文, 陈绍华, 习本军. 磷石膏中磷的浸出行为及其动力学研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(2): 105-112.
[3]	唐凯靖, 刘川北, 李英丁, 蒋勇, 吴俊男, 张涛. 超疏水磷石膏制品的制备及机理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 97-102.
[4]	唐雪梅, 王美波, 徐丽, 张旭杰, 邰石君, 易贤美, 刘红娟, 潘邻屹. 磷石膏低温煅烧增白研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 110-115.
[5]	孙岚, 谌世英, 杨柳絮, 牛依明, 赵澳楠. 镁渣固定磷石膏中可溶磷的基础研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 92-98.
[6]	胡成, 刘梦, 向玮衡, 陈平, 王能, 卢冠举, 周金兰. CaCl₂和MgCl₂及其复合溶液制备α-半水石膏[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 112-117.
[7]	胡典, 郭泽, 张汉泉, 路漫漫. 焙烧工艺及典型杂质对磷石膏还原分解过程影响研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 88-95.
[8]	屠艳平, 白登显, 程书凯, 谢俊杰, 黄志良, 陈国夫. 矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 94-101.
[9]	王明顺, 敖先权, 袁兴, 董文燕, 陈前林. 转晶剂对磷石膏制备无水硫酸钙影响的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 101-107.
[10]	邓伏礼, 夏志祥, 龙秉文, 张逸, 戴亚芬, 王斌, 丁一刚. 磷石膏反浮选提纯工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 115-120.
[11]	王培雄, 龚小梅, 丁家琪, 曹宏. 转晶剂对不同工业石膏制备α-半水石膏的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 112-117.
[12]	陈凤, 冯康, 李铭, 沈豪杰, 田承涛, 唐远, 李智力, 何东升. 有机改性硫酸钙晶须在沥青改性中的应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 125-130.
[13]	王茹霆, 赵小蓉, 黄绪泉, 王豪杰, 薛菲, 蔡家伟. 混合相磷石膏基胶结材制备与早期性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 98-104.
[14]	张桂东, 杨雪娇, 郭旭东, 杨林. 煅烧法与常压酸化法制备磷Ⅱ型无水石膏的水化性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 104-110.
[15]	杨凤玲, 乔国鑫, 杨普, 任磊, 王琼, 吴海滨, 程芳琴. 脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 11-20.

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