粒度筛分法高效净化磷石膏：杂质赋存状态的深度解析与资源化应用

针对磷石膏(PG)杂质制约资源化利用的难题，研究人员通过创新性粒度筛分工艺，系统解析了磷(P)、氟(F)、重金属及稀土元素(REEs)的赋存状态，发现98wt.%氟富集于>250μm粗颗粒中，以钠氟硅石(Na2SiF6)和萤石(CaF2)为主。去除粗颗粒后PG纯度提升至98%，使水泥砂浆抗压/抗折强度分别提高至36.3/8MPa，为工业级PG纯化提供了经济高效方案。

　　

磷石膏(PG)作为磷酸工业的副产物，全球年产量高达3亿吨，却仅有15%被回收利用。这种富含磷、氟、重金属甚至放射性元素²²⁶Ra的工业废渣，长期堆积不仅占用土地，更可能通过水体渗透和氡气释放威胁生态环境与人体健康。尤其中国作为全球40%PG的产出国，如何实现其安全资源化已成为迫切的科学命题。传统水洗、酸浸或煅烧等纯化方法虽有效但成本高昂，而工业界亟需一种兼顾经济性与高效性的解决方案。

针对这一挑战，由穆罕默德六世理工大学（UM6P）与OCP集团合作团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，开创性地提出基于粒度筛分的物理纯化策略。研究人员首先通过旋转分样器(Unal 8 x 1L)和干筛系统(AS 200 Basic)将PG分级为8个粒径段，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)等技术，系统解析了杂质分布规律与赋存形态。

PG粒径分布特征
筛分数据显示100μm(F100)和45μm(F45)粒径段占比超45wt.%，质量回收率达98.08%，证实方法可靠性。粗颗粒(>250μm)虽仅占少量比例，却成为杂质富集的关键靶点。

杂质赋存状态突破性发现
• 氟元素98wt.%富集于粗颗粒，主要存在于钠氟硅石(Na₂SiF₆)与萤石(CaF₂)晶相中
• 磷与稀土元素以磷灰石(Ca₅(PO₄)₃(F))形式存在于相同粒径段
• 重金属通过晶格置换(Ca²⁺位点)或吸附于硅铝铁相表面

工程应用验证
去除粗颗粒后PG纯度从96%提升至98%，用于水泥砂浆时：

• 抗压强度从33.4MPa增至36.3MPa
• 抗折强度从7.8MPa提升至8MPa

该研究首次阐明PG杂质"粒径-矿物相-元素"三维关联规律，证实简单筛分即可定向去除98%氟污染物。相较于传统化学法，该物理工艺能耗降低60%以上，为PG大规模用于建材领域扫清技术障碍。特别值得注意的是，团队发现钠氟硅石这一罕见矿物相在PG中的广泛存在，为后续氟资源回收提供了新思路。研究获得OCP/UM6P旗舰计划(PHOSPHOGYPSE)支持，其成果已引起全球磷化工企业的关注，比利时等国的工业实践表明该技术对低放射性PG具有直接转化潜力。