利用工業(yè)石膏開發(fā)高強度建筑石膏關(guān)鍵技術(shù)研究

陳向榮 楊志明 陳 霏 李學(xué)東 葉丹玫

廣西建材科研設(shè)計院（530022）

利用工業(yè)石膏開發(fā)高強度建筑石膏關(guān)鍵技術(shù)研究

陳向榮 楊志明 陳 霏 李學(xué)東 葉丹玫

廣西建材科研設(shè)計院（530022）

從工業(yè)石膏的自身特性出發(fā)，在了解工業(yè)石膏不能直接用作建筑石膏原材料的原因后，以磷石膏為例，通過試驗得出磷石膏在水洗預(yù)處理后可以作為生產(chǎn)建筑石膏的原材料，并介紹了工業(yè)石膏生產(chǎn)建筑石膏的工藝以及產(chǎn)品測定結(jié)果，為以后的相關(guān)工作提供理論依據(jù)。

工業(yè)石膏；磷石膏；建筑石膏

0 引言

石膏是以CaSO4為主要成分的礦物，石膏中含有不同數(shù)量的結(jié)晶水，其性能不同。建筑石膏的化學(xué)名是CaSO4·1/2H2O，也稱熟石膏或半水石膏。建筑石膏是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的，天然石膏在飽和溶液中，在一定壓力和溫度下，發(fā)生一系列化學(xué)、物理變化，后脫水生成半水石膏。根據(jù)成型條件及性能的不同，可將其劃分為α型半水石膏和β型半水石膏。

常壓下由二水石膏（CaSO4·2H2O）煅燒加熱到107～170℃，產(chǎn)生β型建筑石膏：

在124℃條件下壓蒸加熱可產(chǎn)生α型建筑石膏：

α型半水石膏與β型半水石膏相比，結(jié)晶顆粒較粗，比表面積較小，強度高，因此又稱為高強度半水石膏，也就是本試驗要開發(fā)生產(chǎn)的高強度建筑石膏。建筑石膏主要具有以下幾個特點：

1）凝結(jié)硬化速度快。建筑石膏的初凝時間僅為10 min左右，終凝時間不超過30 min，比普通石膏凝結(jié)硬化速度快。

2）凝結(jié)硬化時具有膨脹性。膨脹使得建筑石膏的表面較為光滑飽滿，避免了干燥開裂。

3）質(zhì)量輕，強度大。建筑石膏凝結(jié)硬化后具有多孔性，內(nèi)部大量的空隙使得石膏重量輕。

4）隔熱和吸聲功能強。建筑石膏凝結(jié)硬化體內(nèi)大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，吸聲性能增強。

5）阻燃性強。硬化后石膏的主要成分是二水石膏，受到高溫作用時會脫出結(jié)晶水，可有效地隔熱阻火。

6）具有良好的可加工性。

7）抗水性差，因為其水化產(chǎn)物溶解度大。

建筑石膏的原料一般選用的是天然石膏，隨著技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)將工業(yè)石膏的副產(chǎn)品也應(yīng)用到建筑石膏生產(chǎn)中。我們對工業(yè)石膏部分副產(chǎn)品與天然石膏的成分含量進行了對比，具體數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看出，工業(yè)石膏（磷石膏、氟石膏等）含有的某些特殊成分（磷、氟等），不適合作為生產(chǎn)高強度建筑石膏的原材料。以磷石膏為例說明，一方面是由于磷石膏中存在硫酸、可溶性磷、氟化物、鉀鹽、鈉鹽以及不可溶磷等雜質(zhì)，這些物質(zhì)會影響建筑石膏制品質(zhì)量和性能；另一方面可溶性磷等有害物質(zhì)流散到自然環(huán)境中，會污染環(huán)境，引發(fā)環(huán)保問題。基于這種情況，磷石膏不能直接用于生產(chǎn)建筑石膏，需要經(jīng)過處理才可以利用，目前最常用的就是采用水洗預(yù)處理法。

表1 工業(yè)石膏副產(chǎn)品與天然石膏成分對比（%）

1 試驗

將磷石膏經(jīng)過水洗后，才能作為高強度建筑石膏的原材料。下面介紹磷石膏的水洗試驗：

1.1 原料分析

天然石膏，化學(xué)名是CaSO4·2H2O，在不同溫度的煅燒下可得到不同的石膏品種，如在107～170℃的干燥條件下加熱成建筑石膏。磷石膏的物理、化學(xué)特征和天然石膏具有相同的規(guī)律,經(jīng)過烘干、煅燒處理之后的石膏制品的理化特性、凝結(jié)特性等性能與天然石膏基本一致，但一些雜質(zhì)的存在又使得磷石膏不同于天然石膏，不能直接用作建筑石膏的原材料，需要經(jīng)過針對性的措施處理之后才可以用于建筑石膏的生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

將150 g的磷石膏用80 ml的清水制成漿送入制漿槽，制成漿后洗滌過濾，經(jīng)過反復(fù)洗滌，將洗滌液分離，將料漿送入濾液槽，輸送到硫酸車間做洗滌水，用80 ml的清水洗滌5次，一部分用氨中和后，再過濾分離，洗滌干凈后的磷石膏隨輸送設(shè)備進入下一流程。

2 試驗結(jié)果與分析

150 g磷石膏經(jīng)過水洗流程后,根據(jù)測定結(jié)果對磷石膏的磷含量、水洗前后的pH值等進行了對比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 磷石膏的磷含量、水洗前后的PH值數(shù)據(jù)對比表

這一試驗結(jié)果表明,磷石膏經(jīng)過水洗預(yù)處理后，82%的可溶性磷洗出來回收,可進行磷肥生產(chǎn)等，而凈化后的磷石膏經(jīng)預(yù)烘干再脫結(jié)晶水可以作為生產(chǎn)建筑石膏的原材料。這樣一方面減少了磷對建筑石膏制品的影響,另一方面也有效地利用了廢渣，變廢為寶，減少了污染物的排放，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 工業(yè)石膏生產(chǎn)建筑石膏的工藝

建筑石膏是一種古老的建材,早在公元前，許多國家就開始煅燒石膏作為凝結(jié)材料。建筑石膏的需求量很大，應(yīng)用也非常廣泛，如可應(yīng)用于：

1）石膏砂漿及粉刷石膏。建筑石膏加水及緩凝劑拌合成石膏漿體，作為室內(nèi)粉刷涂料。

2）制作石膏板等。以建筑石膏為主要原料，制作成各種石膏板。

3）制作建筑雕塑和模型等。建筑石膏為粉狀膠凝材料，按照強度、細度和凝結(jié)時間可劃分為優(yōu)等品、一等品和合格品。其中各等級建筑石膏的初凝時間均≥6 min，終凝時間≤30 min。

下面以磷石膏為例，以磷石膏為原料生產(chǎn)建筑石膏的生產(chǎn)工藝如下：

高強度建筑石膏生產(chǎn)原材料：磷石膏、水泥緩凝劑。

主要生產(chǎn)設(shè)備：水洗設(shè)備、FC煅燒爐、除塵器、振動篩、氣流烘干機等

生產(chǎn)工藝流程：水洗→干燥→煅燒→成品包裝入庫。

生產(chǎn)工藝參數(shù)：根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、各項指標(biāo)的反映,確定生產(chǎn)中的運轉(zhuǎn)工藝參數(shù)。

生產(chǎn)過程具體步驟：

1）對磷石膏水洗預(yù)處理。以上述試驗中水洗工藝流程對磷石膏進行水洗預(yù)處理。

2）干燥。這一步是利用磷石膏開發(fā)高強度建筑石膏的第一個關(guān)鍵點，因為半水石膏很容易轉(zhuǎn)化為二水石膏，因此需要馬上送入干燥器。為降低半水石膏水化概率，采用二水石膏脫水與干燥在同一個設(shè)備當(dāng)中。

3）煅燒。這一過程要嚴格控制溫度和壓力參數(shù)，因為在不同的溫度和壓力下，產(chǎn)生不同的產(chǎn)物，這是生產(chǎn)高強度建筑石膏的關(guān)鍵。如溫度過低，半水石膏中殘留的水分可能將其水化成二水石膏；溫度過高，半水石膏就可能變成無水石膏。

4）成型。剛開始成品時，若檢測到產(chǎn)品不合格，需要回倉繼續(xù)處理，直到產(chǎn)品檢測合格。

5）產(chǎn)品包裝入庫。在整個生產(chǎn)過程中要加入適量的水泥緩凝劑，并調(diào)整其凝結(jié)時間滿足生產(chǎn)工藝要求。

4 產(chǎn)品測定結(jié)果

最后對生產(chǎn)的高強度建筑石膏進行測定，產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)如下：2 h抗折強度5.6 MPa、初凝時間8.3 min、終凝時間10.2 min。從產(chǎn)品測定結(jié)果來看，產(chǎn)品主要技術(shù)性能達到了滿意的水平。這也說明這一工藝能使磷石膏等工業(yè)石膏更廣泛地應(yīng)用在建筑石膏的生產(chǎn)中。綜上所述，以工業(yè)石膏為原料，生產(chǎn)高強度建筑石膏，使得石膏不僅具有質(zhì)量輕、防火阻燃、隔聲、易于成型、凝結(jié)快、水化時間較短等普通建筑石膏具有的特點，而且還具有強度高、水化需水量少等優(yōu)點，具有顯著的效益。

5 小結(jié)

綜上所述,提升建筑石膏生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，利用工藝副產(chǎn)品開發(fā)高強度建筑石膏具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，也是變廢為寶、減排增效的重要途徑。本次高強度建筑石膏的研制成功，拓寬了高強度建筑石膏的生產(chǎn)途徑，由于其節(jié)能減排、成本低廉的特點，使其具有巨大的市場開發(fā)潛力。

這里針對利用工業(yè)石膏開發(fā)高強度建筑石膏的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析,并給出了相應(yīng)的解決措施。由于影響高強度建筑石膏性能的因素很多，文章只是進行了簡單的探討，通過試驗給出了簡單的工藝流程，但要構(gòu)建科學(xué)性、系統(tǒng)性、合理性的高強度建筑石膏生產(chǎn)流程，還需要進一步的研究。高強度建筑石膏的關(guān)鍵技術(shù)研究并不單單需要理論知識，還需要試驗實踐和具體的應(yīng)用實踐，以及研發(fā)配備具有良好性能的新設(shè)備。在開發(fā)生產(chǎn)過程中，要從實際需要出發(fā)，從提高高強度建筑石膏的質(zhì)量和性能入手，進一步完善高強度建筑石膏的開發(fā)利用。

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