磷石膏高温高压实验及其改性

周登峰，单双明，杨瑞东，罗朝坤，倪莘然，汪龙波

（1.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025；3.中国科学院地球化学研究所，贵州 贵阳 550002）

磷石膏是硫酸分解磷矿石制备磷酸所产生的一种工业固体废弃物，每生产1吨磷酸，副产4～6吨磷石膏[1–3]。磷石膏的主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），此外含有少量未反应的磷矿、磷酸、氟化物、有机物，以及钾、钠等成分。据不完全统计，全球磷石膏累积堆存量已高达56亿吨，且以每年2～3亿吨的速度增加。我国磷石膏年产量约7500万吨，累计堆存量超过6 亿吨[3–6]。磷石膏的大量堆存，不仅侵占了土地资源，还会造成大气、土壤和水资源污染，严重危害环境[7]。目前，磷石膏主要用于制备农业肥料[8–10]、建筑材料[11–13]、硫酸钙晶须[14–16]等。然而，目前只有约15%的磷石膏被回收，且所涉及的技术和工艺仍不完善[17]。因此，探索一条经济可行、利用率较高的磷石膏资源化之路具有重要的现实意义。

近年来，随着材料科学的发展，高温高压实验作为认识地球内部物质组成以及各圈层结构、性质和状态的重要实验手段，被广泛应用于物理、化学、材料制造等领域[18]，在新材料的合成和开发方面也发挥着重要作用。当前，国内外针对磷石膏的高温高压实验研究极为匮乏，而对于类似矿物却已经开展了大量的研究工作。研究发现，通过高温高压合成的新材料具有先前未知的新结构，物理和化学性质明显优化[19]，应用前景广阔。……