磷石膏是磷化工行业产生的大宗工业固废,对经济、社会、环境造成了严重危害。由于磷石膏中含有可溶磷、可溶氟、共晶磷及有机质等杂质,使其难以被大规模利用。因此选择合理方法对磷石膏进行净化并资源化利用具有重要的意义和紧迫性。本文系统研究了国内某大型磷化工企业磷石膏的工艺矿物学特征;采用球磨预处理,浮选与石灰沉淀法相结合的工艺对磷石膏进行净化;并结合单矿浮选试验、Zeta电位测定、MS建模、红外光谱分析及溶液化学计算等方法,研究浮选药剂对石膏的浮选机理;最后对净化前后磷石膏制备材料的性能进行对比,研究结果如下:(1)磷石膏主要矿物组成为二水石膏,同时存在少量磷灰石、石英、有机质和黄铁矿。杂质矿物主要赋存于磷石膏的微细粒级和粗粒级,中间粒级石膏纯度较高,有机物等杂质分布在磷石膏晶体表面。(2)磷石膏实际矿样浮选净化最优工艺条件为:磨矿时间15min,-0.074μm占比59.3%,矿浆p H为8-9、起泡剂MIBC用量300 g/t、反浮选捕收剂1231用量25 g/t、正浮选捕收剂十二胺用量150 g/t,石灰用量为1%。闭路试验流程为“一粗三精一扫”,经闭路试验净化后的磷石膏精矿,可溶磷含量从0.48%降至0.07%,可溶氟含量从0.538%降至0.075%。提纯后的精矿已属于磷石膏国标(GB/T 23456-2018)一级品标准。(3)单矿浮选试验结果表明,矿浆中未加入石灰时,十二胺(2.0×10^-4mol/L)在p H值为6-8时,对石膏纯矿物的浮选回收率达98.27%。矿浆中加入石灰后,十二胺(2.0×10^-4mol/L)在p H值为8-9时,对石膏表现出较强的捕收能力,石膏回收率可达94.53%。(4)Zeta电位分析结果表明,在p H=4-7范围内加入十二胺,石膏表面动电位明显正移,较其他几种捕收剂,十二胺更易吸附在石膏表面。DFT理论模拟计算结果表明,十二胺离子中N-H键的H原子反应活性高于十二胺分子与1231离子,发生吸附作用时,十二胺离子与石膏晶体的吸附模型稳定性更高,更易发生吸附作用。红外光谱分析结果表明,十二胺与石膏作用后,出现新吸收峰,且吸收峰位移程度强于1231,进一步验证十二胺与石膏的吸附作用强于1231。溶液化学计算结果表明,在p H=8-9范围内,Ca O可以最大程度将实际矿物中的可溶磷、可溶氟完全转化为沉淀。(5)利用浮选精矿和原矿分别制备了α-半水石膏、β-半水石膏、无水石膏、石膏晶须四种材料,经对比发现,精矿制备材料的抗压、抗折强度、白度、晶须长径比等性能指标均优于原矿制备的材料,说明浮选净化能有效提高磷石膏作为材料使用的性能。研究结果对磷石膏资源化利用具有重要的指导意义。