磷石膏是湿法磷酸过程中排放的副产物,每生产1t磷酸约排放4.5~5.5 t磷石膏。全世界每年磷石膏排放量已超过3亿吨,而我国磷石膏年排放量约为8000万吨。由于磷石膏中有害杂质的影响,使磷石膏在化工原料、路基、石膏建材等方面的使用受到限制。目前,磷石膏主要采用堆存处理,这不仅占用大量的土地、浪费磷石膏中钙、硫等可用资源,而且磷石膏中的磷、氟等有害物质会造成土壤、地下水、大气等的严重污染,磷石膏的处理问题已成为制约磷复肥行业发展的重要因素。当前,我国在磷石膏制备石膏基建材方面仍处在初级阶段,随着资源、能源的日渐短缺,用工业副产石膏制备高强度、高附加值的石膏材料及制品是社会可持续发展的迫切需要和石膏发展的重要方向。本课题对湿法磷酸的工艺过程进行改进。利用硝酸反应磷矿,再向磷矿酸解液中加入硫酸制备α-半水石膏,并以该α-半水石膏作为基料制备α-石膏基自流平材料,避免了传统湿法磷酸工业中大量磷石膏废弃物的排放。课题系统研究了常压酸化体系制备α-半水石膏的工艺参数以及转晶剂对α-半水石膏晶体形貌的影响;研究了α-石膏基自流平砂浆材料组成对其各项性能的影响;利用XRD和SEM分析了材料的水化产物及其作用机理。结果表明:1、确定常压酸化法制备α-半水石膏的工艺参数为:磷酸浓度为40%、反应温度为97℃,搅拌强度为350r/min,硫酸质量分数为40%;转晶剂OSM的最佳掺量为0.2%,制备得到的α-半水石膏晶体为短柱状,长径比约为2,强度达到JC/T 2038-2010《α型高强石膏》中规定的α25等级。2、通过α-半水石膏的晶体模拟,计算得出α-半水石膏晶体三个主要表面(111)、(110)和(010)的表面自由能分别为0.6991J/m2、1.3334J/m2和1.8309J/m2,这表明三个表面对α-半水石膏晶体形貌重要性依次为(111)>(110)>(010)。该结果说明转晶剂对α-半水石膏晶体形貌的调控主要是吸附在表面能最小的(111)面上,从而抑制了该面的快速长大,使得各个晶面生长速率一致,减小了长径比,最终晶体呈短柱状。3、通过实验确定α-石膏基自流平材料的配合比(各组分质量百分比以α-半水石膏和石英砂的质量为基准):基料:α-半水石膏60%;骨料:石英砂40%;水泥6%;掺和料:重钙粉2%;减水剂:PC 0.2%;缓凝剂:三聚磷酸钠0.1%;保水剂:HPMC 0.15%;可再分散性乳胶粉1.5%;消泡剂:有机硅油0.1%。该石膏基自流平材料主要性能参数均满足JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》的要求,是一种性能优良的地面找平材料。