α型半水石膏的研制

摘要  以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，降低生產(chǎn)成本為原則，研究開發(fā)了無(wú)轉(zhuǎn)晶劑的兩種生產(chǎn)α型半水石膏工藝。其產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到：標(biāo)準(zhǔn)稠度低于40%，抗折強(qiáng)度高于10MPa，抗壓強(qiáng)度大于30MPa 。
關(guān)鍵詞   α型半水型石膏     轉(zhuǎn)晶劑     成本

1       前言

石膏是一種多功能氣硬性膠凝材料，但根據(jù)制作條件的不同，可獲得α型半水石膏或β型半石膏。其制品的功能與性能均有明顯差異，前者為規(guī)則的結(jié)晶體，后者與原料原始形態(tài)有關(guān)。半水石膏的結(jié)晶形態(tài)是影響其制品強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。常壓炒制的β型半水石膏的比容大、水膏比大，膠凝后氣孔率高、強(qiáng)度低。用β型半水石膏制造的陶瓷模具，有吸水率高的優(yōu)點(diǎn)，但模具使名用壽命短，不能適應(yīng)于壓力較高的滾壓成形。以過(guò)蒸壓法、水熱法等不同的工藝方法制得α型半水石膏為致密的短柱狀晶體，比容小、水膏比小，膠凝后強(qiáng)度高，俗稱高強(qiáng)半水石膏。用α型半水石膏制造的陶瓷模具強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，并可以提高陶瓷表面的光潔度，提高陶瓷產(chǎn)品檔次。但由于α型半水石膏的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備投資 大，生產(chǎn)成本高，售價(jià)高，使它使用量受到限制，國(guó)內(nèi)外都把研究開發(fā)α型半水石膏粉的新工藝，大幅度降低其生產(chǎn)成本，列為石膏產(chǎn)業(yè)的重大攻關(guān)課題。
生產(chǎn)α型半水石膏方法很多。但質(zhì)量相差很大，同一種方法，因受設(shè)備條件、控制參數(shù)的影響，質(zhì)量很穩(wěn)定，筆者研究開發(fā)了無(wú)添加轉(zhuǎn)晶劑和有添加轉(zhuǎn)晶劑兩種生產(chǎn)α型半水石膏工藝，并進(jìn)行了中試生產(chǎn)，現(xiàn)做些總結(jié)，供讀者參考。

2       無(wú)轉(zhuǎn)晶劑生產(chǎn)方法
沒(méi)有添加轉(zhuǎn)晶劑，也可以生產(chǎn)出水膏比低于40%的α型半水石膏，并可降低生產(chǎn)成本，但其工藝技術(shù)控制都要求比較高
。
2.1     生成α型半水石膏的工藝原理
二水石膏脫去1.5個(gè)結(jié)晶水形成半水石膏，其反應(yīng)式為                CaSO4·2H2O=CaSO4· H2O+1.5H2O在不同壓力下二水石膏脫水形成半水石膏石膏的溫度也不同。圖1中曲線1為二水石膏——半水石膏的“壓力——溫度”平衡曲線。從圖上可以看出，曲線1非常接近液相水—?dú)庀嗨�的“壓力—溫度”平衡曲線2，并相交于C點(diǎn)，在沒(méi)有添加轉(zhuǎn)晶劑條件下，要制成 α型半水石膏，二水石膏的結(jié)晶水要以液態(tài)水排出。所以，二水石膏在圖1ABC“溫度—壓力”區(qū)間內(nèi)(圖中斜線陰影部分)就容易制成α型半水石膏。在曲線2的下方就制成β型半水石膏；在曲線1的上方，結(jié)晶水能排出。通常蒸壓法生產(chǎn)α型半水石膏，是以飽和蒸汽加熱，蒸壓釜內(nèi)“溫度—壓力”的關(guān)系都在曲線2上，致使二水石膏結(jié)晶水可能以液態(tài)排出制成α型半水石膏，也可能以汽態(tài)水排出制成β型半水石膏。所以用飽和蒸汽蒸壓二水石膏制成的產(chǎn)品，實(shí)際上是α型和β型混合的半水石膏，質(zhì)量難以穩(wěn)定。

2.2    無(wú)轉(zhuǎn)晶劑生產(chǎn)α型半水石膏工藝流程
根據(jù)以上生成α型半水石膏的工藝原理，要生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良的α型半水石膏，就要使蒸壓釜內(nèi)溫度和壓力在圖1ABC區(qū)間內(nèi)。為此，我們研究開發(fā)了新工藝流程：先將天然石膏敲成小塊狀，清洗干凈后，裝入蒸壓釜。為了使干燥時(shí)熱氣體均勻流動(dòng)，二水石膏需分層堆裝，每層20cm，層間隔5cm。然后往蒸壓釜注入水，使二水石膏全部浸泡在水中。詳見圖2工藝流程簡(jiǎn)圖。圖2中2為熱水泵，它使蒸壓釜內(nèi)液態(tài)水不斷上下循環(huán)流動(dòng)。保持釜內(nèi)各部位二水石膏溫度均勻。圖2中3為電加熱器(大生產(chǎn)可用其它能源加熱)，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加熱，調(diào) 整加熱器給循環(huán)水的供熱量，可命名蒸壓釜內(nèi)液態(tài)水保持工藝要求的溫度。調(diào)整進(jìn)口A的蒸汽壓力，使蒸壓釜內(nèi)保持工藝要求的壓力。進(jìn)口C的蒸氣是用于初始液態(tài)水升溫加熱和配合加熱器3控制蒸壓釜內(nèi)液態(tài)水溫度。為了使生產(chǎn)的α型半水石膏不搬動(dòng)， 在同一蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行干燥。在圖2中，設(shè)計(jì)了干燥熱空氣鼓入口D和抽出口B。干燥時(shí)，在B抽汽的同時(shí)，由D鼓入干熱空氣，對(duì)已生成的α型半水石膏直接干燥。為了降低能耗，蒸壓釜、加熱器和管道都要外加保溫層。

2.3     該生產(chǎn)α型半水石膏工藝特點(diǎn)
該生產(chǎn)α型半水石膏工藝和其它蒸壓法工藝相比，有如下特點(diǎn)：
1.蒸壓釜    2.熱水泵     3.電加熱器   A.蒸汽進(jìn)口   B.干燥余氣抽出口      C.蒸氣進(jìn)口   D.干燥熱空氣鼓入口       E.排水口
a.二水石膏全部浸泡在液態(tài)水中，通過(guò)調(diào)整加熱器供熱量和蒸汽進(jìn)口A的蒸汽壓力，使二水石膏保持在圖1ABC區(qū)間“溫度—壓力”內(nèi)，進(jìn)行加熱，結(jié)晶水全部以液態(tài)排出，確保二水石膏全部生成α型半水石膏。
b.在一個(gè)蒸壓釜中相繼完成蒸壓和干燥二道工序，既大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，也使生成的α型半水石膏不會(huì)因裝卸、搬移而降溫轉(zhuǎn)化回到二水石膏。
c.該工藝不需加任何轉(zhuǎn)晶劑，可降低成本，還省去清洗媒晶劑的離心脫水設(shè)備。

2.4    工藝控制與技術(shù)參數(shù)
雖然二水石膏在圖1ABC“溫度—壓力”區(qū)間內(nèi)都可以生成α型半水石膏，但在ABC區(qū)間內(nèi)，溫度和壓力不同，生成的α型半水石膏質(zhì)量也有所差別，它們的晶體形狀也有所不同。溫度升高，壓力降低，可以使二水石膏脫水生成α型半水石膏的速度加快，縮短蒸壓時(shí)間，可降低成本，但產(chǎn)品質(zhì)量有所下降。我們經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，溫度在125~1350C，壓力在0.25~0.37MPa范圍內(nèi)最適合。蒸壓時(shí)間除與溫度、壓力有關(guān)系外，還與二水石膏塊度大小有關(guān)。塊度大延長(zhǎng)蒸壓時(shí)間，塊度小可縮短蒸壓時(shí)間，但在干燥時(shí)，因鼓入的熱空氣經(jīng)過(guò)細(xì)塊度石膏層時(shí)，阻力大，難以均勻干燥；若過(guò)細(xì)，甚至無(wú)法吹入熱空氣，使干燥不能進(jìn)行。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，二水石膏塊度在3~5cm比較好。這時(shí)蒸壓時(shí)間約4小時(shí)。干燥時(shí)的溫度和壓力也很重要，干澡溫度過(guò)高會(huì)使生成的α型半水石膏再脫水生成無(wú)水石膏。干燥溫度過(guò)低干燥時(shí)間延長(zhǎng)，甚至使α型半水石膏轉(zhuǎn)回到二水石膏，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，干燥溫度控制在130~1400C較好。干燥時(shí)蒸壓釜內(nèi)的壓力越小越好，最好是負(fù)壓”
干燥后，進(jìn)

行粉磨細(xì)度要過(guò)150目篩。

3     添加轉(zhuǎn)晶劑生產(chǎn)α型半水石膏
添加轉(zhuǎn)晶劑可生產(chǎn)出強(qiáng)度很高的α型半水石膏，據(jù)文獻(xiàn)其水膏比可低于30%，干燥抗壓強(qiáng)度高于20MPa。國(guó)內(nèi)外常用水熱法制造α型半水石膏。水熱法生產(chǎn)流程是：將粉狀二水石膏與加有化學(xué)轉(zhuǎn)晶劑的水溶液混合，所得漿料置于反應(yīng)釜中，在一定的溫度和壓力下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，即轉(zhuǎn)變成α型半水石膏。然后再經(jīng)壓濾或離心脫水，干燥和磨細(xì)，制得高強(qiáng)石膏粉。此法工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率相對(duì)較低，生產(chǎn)能力較小，導(dǎo)致能耗和成本較高。我們從簡(jiǎn)化工藝，降低成本上考慮，研究設(shè)計(jì)了如下工藝流程：
天然二水石膏經(jīng)揀選清洗后，磨成過(guò)40目的細(xì)粉，將粉狀二水石膏與加有化學(xué)媒晶劑的水溶液混合，化成漿料在水池(或陶缸)內(nèi)浸泡24小時(shí)后，再將漿料(可濾去部分水溶液)裝在盤子里，分層置于蒸壓釜中，在0.30~0.35MPa飽和蒸汽壓力下蒸壓加熱3~4小時(shí)后，關(guān)閉蒸汽降至常壓，立即打開蓋子，將整盤石膏直接放入干燥室內(nèi)，在120~1300C溫度下烘干，然后磨細(xì)，就可制得高強(qiáng)石膏粉。該工藝流程，取消了離心脫水設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，減少投資，降低了成本，易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
尚需指出的是，能在二水石膏脫水成α型半水石膏的過(guò)程中，起轉(zhuǎn)晶促進(jìn)作用的化學(xué)品很多，很多文獻(xiàn)對(duì)它們的作用進(jìn)行了比較，但要符合以上工藝的轉(zhuǎn)晶劑必須達(dá)到：轉(zhuǎn)晶劑剩留在α型半水石膏中，不能影響其初凝，終凝時(shí)間，不能改變產(chǎn)品顏色。

4     實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以上兩種工藝實(shí)驗(yàn)，所用石膏是從河南三門峽槐樹洼纖維石膏廠購(gòu)買的天然纖維二水石膏，純度高，結(jié)晶水含量接近理論值，我們花兩年時(shí)間研究，先小試，后中試，進(jìn)行小批量試生產(chǎn)，生產(chǎn)的α型半水石膏性能優(yōu)良、成本低，經(jīng)測(cè)試兩種工藝方法生產(chǎn)的α型半水石膏性能見表1

表 1      α型半水石膏產(chǎn)品技術(shù)性能
                                                  無(wú)轉(zhuǎn)晶劑           在轉(zhuǎn)晶劑
                                                  生產(chǎn)工藝           生產(chǎn)工藝         
初凝時(shí)間(min)                           7~9                    7~9
終凝時(shí)間)(min)                         小于30              小于30
標(biāo)準(zhǔn)稠度(%)                              38~40                34~36
2hr抗折強(qiáng)度(MPa)                   大于6.5              大于6.5 
450C干燥抗折強(qiáng)度(MPa)         大于10               大于11.5
2hr抗折強(qiáng)度(MPa)      &

nbsp;            大于16              大于16
450C干燥抗折強(qiáng)度(MPa)         大于28               大于34
從表1可以看出，無(wú)轉(zhuǎn)晶劑生產(chǎn)工藝制成的α型半水石膏強(qiáng)度略低，但因沒(méi)有使用轉(zhuǎn)晶劑，成本較低。若大批量生產(chǎn)，有轉(zhuǎn)晶劑的工藝更好控制，質(zhì)量會(huì)更穩(wěn)定。

5     結(jié)束語(yǔ)
用α型半水石膏制成的陶瓷模具強(qiáng)度很高，但是吸水率低，并且澆注時(shí)，模具凝固膨脹率大，影響模具尺寸精度。所以陶瓷行業(yè)一般沒(méi)有全部用α型半水石膏做模具。根據(jù)不同成型方法，α型半水石膏和β型半水石膏以下同比例混合使用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)陶瓷注漿成形模具α型半水石膏配入量為25%~30，滾壓成型模具α型半水石膏配入量為40%~45%。

參考文獻(xiàn) 
1.楊得山譯.石膏,中國(guó)建筑工業(yè)出版社1987.11
2.陳志山.α型半水石膏的生產(chǎn)工藝.非金屬礦,1995 No1
3.王瑞麟等.影響α—半水石膏結(jié)晶形態(tài)的若干因素,新型建筑材料,1991(10)
4.陳聰龍等.陶瓷模用α半水石膏的研究.中國(guó)陶瓷,1995(1)

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