Phosphogyps được hình thành trong quá trình gia công nguyên liệu phosphate tự nhiên (apatit) bằng axit sulphuric khi sản xuất phân bón phosphate DAP theo phương pháp chiết tách, và tồn tại chủ yếu ở dạng thạch cao hai nước với một lượng nhỏ tạp chất.

Sản phẩm chủ yếu của ngành công nghiệp chế biến phân bón trên thế giới và Việt Nam hiện nay là các loại phân bón tổng hợp (superphosphat, ammophos, nitroammophos,…), do đó lượng phế thải phosphogyps sinh ra trong quá trình sản xuất này ngày càng tăng. Hiện nay trên thế giới tích tụ hàng trăm triệu tấn phosphogyps và lượng phế thải này tiếp tục tăng hàng năm.
 

Tính chất lý-hóa và cấu trúc khoáng của phosphogyps

Do sự khác nhau của  thành phần và cấu trúc khoáng vật, hàm lượng tạp chất, quặng phosphat của các mỏ trên thế giới khác nhau về các tính chất vật lý và hóa học, được phân theo hai dạng chính: apatit và phosphorit.

Quặng apatit thể hiện chủ yếu canxi-flo-apatit 3Ca(PO₄)₂. CaF₂ và hydroxylapatit 3Ca(PO₄)₂. Ca(OH)₂. Ngoài apatit trong quặng còn chứa các tạp chất nefelin (Na, K) AlSiO₄.nSiO₂, egirin NaFe (SiO₃)₂, titanomagnetit Fe₃O₄. FeTiO₃. TiO₂, ilmenit FeTiO₃, sfen CaTiSiO₅, tràng thạch, …

Quặng phosphorit có đặc trưng cấu trúc tinh thể nhỏ, độ mịn cao và tính xốp của các hạt. Thành phần và cấu trúc khoáng của quặng phosphorit (ví dụ của mỏ Karatay) đa dạng, nhìn chung nó chứa nhiều phosphat- carbonat, phosphat-silica, carbonat và tạp chất là khoáng alumosilicat và sắt. Thành phần hóa của phosphorit Karatay đặc trưng với  hàm lượng magnesi cao.

Axit phosphoric – sản phẩm chủ yếu trong sản xuất phân bón tổng hợp, phosphat và các hợp chất phospho khác. Phương pháp phổ biến nhất để chế tạo axit  phosphoric là phương pháp phân rã quặng phosphat tự nhiên bằng axit sulphuric, sau đó tách pha rắn – canxi sulphat  từ dung dịch phosphoric axit.

Tùy theo các thông số công nghệ chiết tách, chủ yếu là nhiệt độ và nồng độ yêu cầu đối với axit phosphoric mà việc kết tủa có thể hình thành từ các tinh thể hydrat khác nhau của canxi sulphat, bao gồm: dihydrat, bán hydrat và anhydrit, và phương pháp sản xuất axit phosphoric tương ứng lúc đó sẽ là: dihydrat, bán hydrat và anhydrit. Bản chất công nghệ của mỗi phương pháp tựu trung là xử lý và kiểm soát sự phân rã hoàn toàn của phosphat, phân tách huyền phù và rửa phosphoric axit từ cặn kết tủa.

Phosphogyps thu được khi gia công apatit

Quặng apatit mỏ Kolsky chủ yếu chứa canxi-ftor-apatit 3Ca₃(PO₄)₂. CaF₂ và lượng nhỏ 3Ca(PO₄₎₂. Ngoài ra, nó còn chứa Ca(OH)₂  và một số chất vô định hình thay thế khác. Các khoáng tạp chất trong quặng apatit có nefelin (Na, K) AlSO₄.SiO₂, piroksen-egirin NaFe(SiO₃), titanomagnetit Fe₃O₄. FeTiO₂. TiO₂, ilmenit FeTiO₃, sfen CaTiSiO₅, tràng thạch,…

Thành phần hóa học của apatit theo khối lượng khô:

Cặn không tan 0,2-15%              MgO 0,1-0,2%               F 2,8-3,1%                    P₂O₅  39-40%

Fe₂O₃  0,1- 0,3%                        CaO 52%                      Al₂O₃  0,5- 0,9%.

Phosphogyps chứa hàm lượng cao (98-99%) canxi sulfat mịn và hàm lượng nhỏ các tạp chất như hợp chất  phospho và flo. Phosphogyps có màu xám sáng. Khối lượng thể tích đổ đống là 0,45 và ở trạng thái chặt là 0,83 t/m3, tỷ trọng 2,35-2,4. Bề mặt riêng bằng 3800 cm²/g.

Thành phần hạt phosphogyps thể hiện độ mịn cao (lượng hạt < 50 μk 42,8%). Phần lớn dải cỡ hạt (80-85%) có kích thước < 100 μk.

Phân tích Rơnghen khẳng định hoàn toàn phù hợp các số liệu phân tích hóa học.

Đường cong TG (thermogramm) phosphogyps trùng với đường cong TG của thạch cao tự nhiên: hiệu ứng thu nhiệt đầu tiên xuất hiện ở 110ºC, đạt cực trị tại 130ºC đặc trưng cho thạch cao tự nhiên. Hiệu ứng thu nhiệt thứ hai  xuất hiện ở khoảng 155-170ºC thể hiện sự mất nước của bán hydrat (mất nước của thạch cao nửa nước).

Khả năng sử dụng phosphogyps

Mối quan tâm đặc biệt đối với phosphogyps thường xuất hiện ở các khu vực thiếu hoặc không có nguyên liệu thạch cao tự nhiên, cũng như ở các nhà máy  công nghiệp vật liệu xây dựng nằm gần các nhà máy hóa chất có loại phế thải này. Tại các nước như Nhật, Pháp, Bỉ, Đức, Phần Lan, Ấn Độ,… phosphogyps được sử dụng để sản xuất xi măng và chất kết dính thạch cao. Việc tăng quy mô gia công phosphogyps làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác không chỉ do yêu cầu về hiệu quả kinh tế mà còn do các đòi hỏi ngày càng cao của cơ quan kiểm soát vệ sinh môi trường.

Hiện nay các nghiên cứu rộng và toàn diện trên thế giới cho thấy khả năng sử dụng phosphogyps theo các hướng sau:

- Nông nghiệp: xử lý cải tạo đất bằng phương pháp hóa học;

- Công nghiệp:

    • Là phụ gia điều chỉnh  thời gian đông kết của xi măng;

    • Là chất khoáng hóa tổng hợp để tăng cường quá trình nung clanhke;

    • Là thành phần nguyên liệu chính khi sản xuất xi măng trắng và xi măng khoáng sulfo nhiệt độ nung thấp;

    • Sản xuất chất kết dính thạch cao và sản phẩm thạch cao xây dựng từ các chất kết dính này;

    • Sản xuất axit sulfuric và xi măng, axit sulfuric và vôi;

    • Sản xuất ammoni sulfat;

    • Làm phụ gia cho thạch cao kỹ thuật  để chế tạo khuôn trong công nghiệp gốm sứ;

    • Làm chất độn trong sản xuất các sản phẩm cao su và giấy,…

Theo VIBM