工業(yè)化學(xué)石膏與石膏廢模在陶瓷模具石膏生產(chǎn)中的循環(huán)利用

石秀芹　劉月強(qiáng)

摘 要：綜合利用工業(yè)化學(xué)石膏、廢模石膏，經(jīng)過(guò)不同工藝煅燒與復(fù)配處理途徑，可以應(yīng)用于對(duì)石膏粉品質(zhì)要求較高的陶瓷模型行業(yè)，達(dá)到節(jié)約資源與可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：化學(xué)石膏；廢模再生；陶瓷模具；濕法煅燒；復(fù)配；利用

1 前言

我國(guó)石膏深加工工業(yè)的工藝裝備、產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)過(guò)了20多年引進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)，目前已獲得了快速發(fā)展，特別在紙面石膏板、石膏膠凝材料、化學(xué)石膏應(yīng)用、石膏模具、砌塊等方面有了長(zhǎng)足進(jìn)展。同時(shí)，在陶瓷模具石膏粉行業(yè)中有了新的發(fā)展，即化學(xué)石膏用于陶瓷模具石膏，提高附加值，資源綜合利用，變廢為寶；大量的陶瓷廠的石膏廢模被回收再利用。這些技術(shù)創(chuàng)新都是國(guó)家積極倡導(dǎo)的，符合國(guó)家政策需要的新趨勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)高品位天然石膏資源現(xiàn)狀

用于陶瓷模具的石膏一般要求二水石膏品位達(dá)到85%～95%，在國(guó)內(nèi)靠近陶瓷基地的石膏產(chǎn)區(qū)，該類石膏已經(jīng)基本枯竭，即使有，其價(jià)格都在200～800元/t。因此，昂貴的原料使得陶瓷模具生產(chǎn)成本升高。雖然價(jià)格攀升，但產(chǎn)品質(zhì)量仍然難以保證。

另外，部分高品位的石膏在邊遠(yuǎn)地區(qū)，如：內(nèi)蒙、寧夏、青海等地，遠(yuǎn)離深加工基地與用戶市場(chǎng)，產(chǎn)品與原材料運(yùn)費(fèi)占產(chǎn)品價(jià)格的30%～50%；即使靠近原材料建廠，產(chǎn)品運(yùn)輸偏遠(yuǎn)地區(qū)的也是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。

為了緩解上述情況，有些企業(yè)從泰國(guó)等周邊地區(qū)向國(guó)內(nèi)調(diào)運(yùn)高品位石膏，但小于經(jīng)濟(jì)批量的價(jià)格優(yōu)勢(shì)并不明顯。

3 工業(yè)化學(xué)石膏以及廢模的現(xiàn)狀

目前，與天然石膏資源枯竭相對(duì)應(yīng)的是：脫硫石膏、磷石膏、檸檬石膏等工業(yè)化學(xué)石膏，它們的品位較高，一般能達(dá)到85%～95%的要求，并且產(chǎn)量與存量巨大。價(jià)格方面化學(xué)石膏根據(jù)地域不同一般10～80元/t，有的偏遠(yuǎn)地區(qū)，工業(yè)石膏綜合利用發(fā)展慢的區(qū)域，還可以和排放企業(yè)協(xié)商應(yīng)用或運(yùn)輸補(bǔ)貼，促進(jìn)化學(xué)石膏的利用，達(dá)到節(jié)約企業(yè)用地、保護(hù)環(huán)境等目的。

其次，石膏廢模，在陶瓷工業(yè)主產(chǎn)區(qū)，如：唐山、博山、佛山、景德鎮(zhèn)、潮州、德化等地區(qū)，每年有大量的石膏模被廢棄，這些石膏廢模沒(méi)有獲得很好的利用，只有極少用于水泥行業(yè)。因此，對(duì)于化學(xué)石膏模與石膏廢模在陶瓷石膏粉中的應(yīng)用已成為目前首要解決的問(wèn)題。

4 工業(yè)化學(xué)石膏與石膏廢模應(yīng)用于陶瓷模具粉中的技術(shù)可行性

4.1 工業(yè)化學(xué)石膏的再生應(yīng)用

項(xiàng)目工程技術(shù)實(shí)踐表明，高品位的化學(xué)石膏，雖然雜質(zhì)含量多且復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)處理后是可以應(yīng)用于陶瓷石膏粉生產(chǎn)的。

脫硫石膏可以不經(jīng)凈化直接煅燒后應(yīng)用陶瓷模具生產(chǎn)；而磷石膏、檸檬石膏，一般應(yīng)經(jīng)水洗凈化，然而水洗凈化過(guò)程浪費(fèi)寶貴的水資源，是不可取、不提倡的，

但是這兩類石膏可以用成熟的濕法轉(zhuǎn)化CRD（連續(xù)反應(yīng)烘干）工藝，省掉了水洗凈化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)石膏脫水結(jié)晶濃縮。既實(shí)現(xiàn)了濕法煅燒以及剔除雜質(zhì)，又大幅度提高了產(chǎn)品品質(zhì)，生產(chǎn)出超高強(qiáng)的ALPHA半水石膏和其他石膏粉復(fù)配，可以獲得高品質(zhì)高附加值陶瓷模具產(chǎn)品，如：塑壓、母模石膏粉等，產(chǎn)品價(jià)格達(dá)到2000～5000元/t。

脫硫石膏顆粒組成、雜質(zhì)等性能更具有濕法轉(zhuǎn)晶的優(yōu)勢(shì)。另外，在生產(chǎn)普通陶瓷滾壓、注漿模用石膏粉時(shí)，脫硫石膏是可以直接煅燒應(yīng)用的。但生產(chǎn)工藝需要優(yōu)化，否則，會(huì)出現(xiàn)沉降難以攪拌、多泡多空、吸水性差、漂浮物多等現(xiàn)象。

4.2 廢模石膏再生應(yīng)用

廢模石膏經(jīng)過(guò)煅燒再生工藝，獲得的再生半水石膏粉的混水比一般情況下比正常石膏粉稍高，強(qiáng)度低（為原來(lái)強(qiáng)度的30%～40%），吸水稍快。一般不能直接應(yīng)用，陶瓷廠家可以根據(jù)情況與其他石膏粉摻和使用，一般摻加量為30%～60%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定其產(chǎn)品的強(qiáng)度、使用次數(shù)、吸水性、流變性等方面的性能是否符合要求。

摻加廢?？梢源蠓档吞沾蓮S模型石膏使用成本，在陶瓷產(chǎn)品小批量定制或產(chǎn)品要求不高的情況下，很有應(yīng)用價(jià)值。

4.3 廢模石膏在模具粉生產(chǎn)工藝中的注意事項(xiàng)

（1） 廢模再生石膏強(qiáng)度偏低、吸水性不適宜，一般不單獨(dú)使用。

（2） 再生石膏粉可以直接煅燒或蒸壓烘干后炒制磨粉混合成模具粉，但一般不能單獨(dú)使用。蒸壓的再生廢模石膏粉混水比要低于直接炒制的5%～10%。

（3） 直接煅燒的石膏粉混水比高于蒸壓烘干后煅燒的石膏粉，高出10%～20%，強(qiáng)度也低于后者。若選擇蒸壓工藝，可以適量添加轉(zhuǎn)晶劑，會(huì)獲得較低的混水比條件下的較為可觀的強(qiáng)度。

（4） 模具粉生產(chǎn)工藝中廢模與化學(xué)石膏、天然石膏是可以直接按比例量摻加進(jìn)行加工使用，但要做嚴(yán)格的中試與產(chǎn)品試用。

（5） 用于陶瓷模具的石膏粉相組成要求較為嚴(yán)格，需對(duì)煅燒工藝進(jìn)行優(yōu)化，普通常規(guī)連續(xù)煅燒工藝難以達(dá)到要求，否則達(dá)不到模型的預(yù)期使用效果，這是工藝選擇必須注意的。

（6） 普通煅燒工藝的煅燒設(shè)備可以選擇間歇式立式炒鍋、臥式回轉(zhuǎn)窯，炒鍋每次添加1～3 T，注意負(fù)荷設(shè)計(jì)；間歇式回轉(zhuǎn)窯可以每次加料2～5 T，注意需要設(shè)計(jì)快速排料系統(tǒng)。

5 陶瓷模型石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量要求

陶瓷模型石膏粉主要指標(biāo)有混水比、初凝、終凝、強(qiáng)度等，根據(jù)石膏粉性能與用途不同以及其他指標(biāo)差異，如：膨脹率、表面性能、吸水率、擴(kuò)散系數(shù)、細(xì)度等方面以滿足石膏粉品質(zhì)質(zhì)量的要求。例如，一些石膏粉特殊要求。

（1） 母模石膏：對(duì)強(qiáng)度、韌性、膨脹系數(shù)有嚴(yán)格要求。

（2） 塑壓石膏：對(duì)透氣性、吸水性、強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、耐沖擊、耐磨有要求。

（3） 滾壓石膏：對(duì)強(qiáng)度、耐磨性、吸水性等指標(biāo)有要求。

（4） 注漿石膏：對(duì)吸水率、擴(kuò)散系數(shù)、強(qiáng)度有要求。

常規(guī)煅燒工藝情況下，化學(xué)石膏生產(chǎn)的模型石膏主要用于普通滾壓、注漿。濕法轉(zhuǎn)化的超高強(qiáng)石膏與再生廢模石膏粉一般不能單獨(dú)使用，需復(fù)配使用，其中，濕法轉(zhuǎn)化的超高強(qiáng)石膏可以配制性能優(yōu)異的母模、塑壓、滾壓、高壓注漿石膏粉。

5.1 化學(xué)石膏生產(chǎn)的模型石膏粉的主要指標(biāo)

（1） 滾壓模型石膏的指標(biāo)

對(duì)于滾壓模型石膏，其性能指標(biāo)為：混水比55%～57%；流徑220±5 mm；凝結(jié)時(shí)間12～20 min；強(qiáng)度 3.5～4.5 MPa；吸水率23%～25%；膨脹系數(shù)0.3%～0.35%；擴(kuò)散系數(shù)為 0.014～0.016 cm2/s。

（2） 注漿模型石膏的指標(biāo)

對(duì)于注漿模型石膏，其性能指標(biāo)為：混水比60%～65%；流徑220±5mm；凝結(jié)時(shí)間12～15min；強(qiáng)度3.2～3.8 MPa；吸水率28%～33%；擴(kuò)散系數(shù)0.015～0.025cm2/s；膨脹系數(shù)0.25%～0.26%。

（3） 廢模再生石膏的指標(biāo)

對(duì)于廢模再生石膏，其性能指標(biāo)為：混水比70%～75%；流徑220±5mm；凝結(jié)時(shí)間15～20min；強(qiáng)度1.2～1.8MPa；吸水率35%～40%；擴(kuò)散系數(shù)0.025～0.028cm2/s；膨脹系數(shù)0.2%～0.25%。

（4） 廢模與化學(xué)石膏煅燒后摻和（摻加30%）的指標(biāo)

對(duì)于廢模與化學(xué)石膏煅燒后摻和，其性能指標(biāo)為：混水比56%～62%；流徑220±5 mm；凝結(jié)時(shí)間12～15min；強(qiáng)度3.0～3.5 MPa；吸水率29%～32%；擴(kuò)散系數(shù)0.015～0.017 cm2/s；膨脹系數(shù)0.3%～0.32%。

（5） 化學(xué)石膏生產(chǎn)的超高強(qiáng)ALPHA石膏的指標(biāo)

對(duì)于化學(xué)石膏生產(chǎn)的超高強(qiáng)ALPHA石膏的性能指標(biāo)為：混水比33%～38%；流徑180±5 mm；凝結(jié)時(shí)間2～3 min；強(qiáng)度6～7 MPa；膨脹系數(shù)0.35%～0.45%；細(xì)度200～300目。

（6）母模石膏的指標(biāo)

對(duì)于母模石膏（用超高強(qiáng)石膏配制）的指標(biāo)為：混水比38%～40%；流徑220±5 mm；凝結(jié)時(shí)間12～15 min；強(qiáng)度4.5～6.0 MPa；膨脹系數(shù)0.05%～0.1%。

（7） 塑壓石膏的指標(biāo)

對(duì)于塑壓石膏（用超高強(qiáng)石膏配制，要求吸水與透氣性好）的指標(biāo)為：混水比53%～56%；流徑220±5mm；凝結(jié)時(shí)間12～15min；強(qiáng)度4.5～5.5 MPa；膨脹系數(shù)0.2%。

5.2 化學(xué)石膏模型粉使用注意事項(xiàng)

（1） 凈化或未凈化后的化學(xué)石膏，若用濕法生產(chǎn)產(chǎn)品性能基本與天然石膏無(wú)差異；未凈化的工業(yè)化學(xué)石膏直接應(yīng)用因雜質(zhì)影響可能會(huì)出現(xiàn)起堿現(xiàn)象，影響表面性能、使用次數(shù)。

（2） 直接煅燒的較細(xì)化學(xué)石膏生產(chǎn)模具，因留存原始晶態(tài)，可能存在流變性差的情況，有必要改善精磨系統(tǒng)，保證級(jí)配、保證不過(guò)磨。

（3） 有些化學(xué)石膏未經(jīng)凈化存在漂浮物現(xiàn)象，甚至攪拌氣泡。漂浮物很難去除，攪拌氣泡可以用消泡劑，或采用真空攪拌來(lái)消除。

（4） 有些化學(xué)石膏生產(chǎn)陶瓷模具擴(kuò)散系數(shù)偏低，通過(guò)改善煅燒工藝、磨礦工藝，甚至摻加廢模會(huì)有所緩解。

（5） 由于磷石膏、檸檬石膏含濕量大、雜質(zhì)與級(jí)配顆粒形狀特點(diǎn)很適合采用CRD濕法轉(zhuǎn)晶工藝。獲得的超高強(qiáng)石膏與其他模型石膏混合復(fù)配可以獲得品質(zhì)優(yōu)良的模型石膏。

（6） 脫硫石膏可以直接煅燒或成型蒸壓烘干后，磨粉炒制混合成陶瓷模具石膏，應(yīng)用于普通滾壓或注漿。脫硫石膏若通過(guò)水洗凈化后，去除粉煤灰等雜質(zhì)，對(duì)模具粉產(chǎn)品品質(zhì)有大幅提升，可以減少漂浮物、減少攪拌氣孔等。

（7） 采用濕法脫水結(jié)晶的脫硫石膏，性能優(yōu)良，除了顏色外，其他指標(biāo)與高品位天然石膏生產(chǎn)的超高強(qiáng)阿爾法石膏一樣，完全可以替代天然阿爾法石膏配制高附加值模型產(chǎn)品以及其他產(chǎn)品。

6 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)石膏直接或經(jīng)過(guò)凈化處理后可以代替天然石膏應(yīng)用于陶瓷石膏模型的生產(chǎn)，濕法煅燒轉(zhuǎn)晶CRD工藝與再生廢模石膏粉復(fù)配工藝給出了更多使用選項(xiàng)。

上述思路已有成熟的工程技術(shù)實(shí)踐，符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的產(chǎn)業(yè)政策，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、提高附加值，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，有廣闊的應(yīng)用前景與顯著社會(huì)效益。