深化石膏應(yīng)用性研究優(yōu)化石膏制品性能

任緒連

[摘要]關(guān)注和研究石膏中的雜質(zhì)及其對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用和產(chǎn)品的影響，有針對(duì)性的優(yōu)化石膏加工工藝，推進(jìn)石膏制品生產(chǎn)的規(guī)?；瓦M(jìn)一步優(yōu)化石膏制品性能。

[關(guān)鍵詞]石膏；優(yōu)化；性能 文章編號(hào)：2095-4085（2015）08-0013-04

隨著石膏建材等行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)石膏制品的要求越來越高。因此，企業(yè)對(duì)石膏的應(yīng)用性研究也逐步深入，生產(chǎn)企業(yè)期望通過對(duì)石膏料性的研究，逐步改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)適應(yīng)性和石膏制品的質(zhì)量和優(yōu)化性能。

1.關(guān)注石膏中雜質(zhì)的影響

實(shí)踐證明，建筑石膏的性能雖然與石膏品位的高低有密切關(guān)系，但是石膏性能同時(shí)還受其中雜質(zhì)的影響。天然石膏中石英、碳酸鹽等雜質(zhì)對(duì)石膏的影響不大，但其中含量較小的粘土及鉀、鈉等可溶性鹽卻對(duì)石膏性能有著不可忽視的影響，這些有害雜質(zhì)，不僅可以降低石膏制品的強(qiáng)度，而且在潮濕的環(huán)境中容易析出鹽霜，造成危害。

近年來，工業(yè)副產(chǎn)石膏的應(yīng)用逐步推廣。從理論上來講，工業(yè)副產(chǎn)石膏的主要成分與天然石膏的主要成分一樣，都是二水硫酸鈣，且一般都遠(yuǎn)高于普通天然石膏的品位，但工業(yè)副產(chǎn)石膏又普遍含有較高的水分和主產(chǎn)品生產(chǎn)過程中帶來的多種可溶性鹽等雜質(zhì)，對(duì)石膏性能帶來較大影響。同時(shí)，工業(yè)副產(chǎn)石膏多呈粉狀，顆粒級(jí)配不佳，這也對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏的性能具有不良影響。

目前，國內(nèi)存量和應(yīng)用最多的就是脫硫石膏和磷石膏。磷石膏產(chǎn)量最多，年產(chǎn)量達(dá)到7000萬噸以上，占工業(yè)副產(chǎn)石膏的70%以上，有害雜質(zhì)多?？扇苄粤?、氟與有機(jī)物是磷石膏中主要的有害雜質(zhì)?？扇苄粤?、氟與有機(jī)物分布于二水石膏晶體的表面，其含量隨磷石膏顆粒度的增加而增加；共晶磷存在于二水石膏的晶格中，含量隨著磷石膏顆粒度的減少而增加。可溶性磷和共晶磷，延緩凝結(jié)硬化，使水化產(chǎn)物的晶體粗化，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度降低。磷石膏中的有機(jī)物會(huì)使需水量增加，從而削弱二水石膏晶體見得結(jié)合力，降低石膏硬化體的強(qiáng)度?？扇苄粤缀陀袡C(jī)物的存在會(huì)顯著降低石膏的脫水溫度，掌握并利用這一點(diǎn)，可以降低石膏的脫水能耗，不掌握這一點(diǎn)，如果脫水后石膏的出爐溫度太高，就可能導(dǎo)致石膏在較低溫度下繼續(xù)脫水。磷石膏由于用于生產(chǎn)的磷礦石的不同和產(chǎn)生工藝的控制不同，其雜質(zhì)的含量不同。因此，磷石膏的利用關(guān)鍵是要關(guān)注好其有害雜質(zhì)的影響，進(jìn)行不要的預(yù)處理。一般，大部分的可溶性雜質(zhì)和有機(jī)物可以利用水洗和浮選的方法進(jìn)行去除和減少，從而避免石膏制品的粉化、開裂、鹽霜等問題。

目前，應(yīng)用最廣和最好的是濕法煙氣脫硫石膏，主要是脫硫石膏純度相對(duì)較高，品位一般都在90%以上，有害雜質(zhì)含量一般較小，脫硫石膏硬化體具有較高的表面硬度。在前幾年的應(yīng)用中，脫硫石膏的一般應(yīng)用幾乎不進(jìn)行任何處理。但是隨著脫硫石膏的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，隨著對(duì)石膏制品要求的增高，及新生產(chǎn)脫硫石膏的增多，其中雜質(zhì)的影響也逐漸顯現(xiàn)。脫硫石膏中的有害雜質(zhì)主要是氯化物和可溶性的鎂鹽、鈉鹽，這些雜質(zhì)都會(huì)影響石膏制品的粘結(jié)性，而且在潮濕的環(huán)境中加速對(duì)鋼筋的腐蝕，或者在制品表面形成鹽霜，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。特別是氯化物的影響近年來受到月月來越多的關(guān)注。我們?cè)趹?yīng)用和研究中發(fā)現(xiàn)，氯離子對(duì)脫硫石膏性能的影響在應(yīng)用中是不容忽視的，是影響其規(guī)模性應(yīng)用的主要因素。

石膏在漿液中由于過飽和逐漸有小晶粒結(jié)晶為大的石膏顆粒，在結(jié)晶的過程中，由于存在大量的Cl-，結(jié)晶會(huì)受到一定影響，氯離子會(huì)被晶體包裹，留在晶體中。石膏漿液中存在一定量的鈣離子，留在晶體中的氯離子會(huì)與鈣離子形成穩(wěn)定的含有留個(gè)結(jié)晶水的氯化鈣，把一定量的水留在石膏晶體內(nèi)部，造成石膏含水率上升。同時(shí)，氯離子還會(huì)留在石膏晶體之間，脫水過程中，雖有大量的氯離子隨水離開，但仍有部分殘留，使石膏脫水困難。有資料表明，氯離子含量在4300 mg時(shí)脫水效果較好，隨著氯離子含量的上升，脫水效果變差。目前，在新產(chǎn)生的脫硫石膏中，氯離子的含量普遍超標(biāo)，這直接導(dǎo)致了脫硫石膏的性能差異，因此脫硫石膏中氯離子的含量對(duì)石膏制品的影響不容忽視，特別是會(huì)對(duì)紙面石膏板的粘紙能力和回潮性具有嚴(yán)重危害。

2.加強(qiáng)石膏料性研究

從長遠(yuǎn)發(fā)展看，生產(chǎn)企業(yè)除對(duì)對(duì)原料的供應(yīng)量、質(zhì)量水平應(yīng)有總體把握，還要不斷加強(qiáng)對(duì)料性的研究，確保生產(chǎn)安全性。所謂料性研究，就是對(duì)石膏的附著水、結(jié)晶水、品位、相組成、顆粒級(jí)配等工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出規(guī)律并進(jìn)行優(yōu)化。有的生產(chǎn)企業(yè)對(duì)建筑石膏的控制過于粗放，僅僅對(duì)結(jié)晶水進(jìn)行控制，在這種情況下，建筑石膏中殘留的二水石膏和可溶性無水石膏含量都較高，這種控制是不科學(xué)的，這樣的生產(chǎn)也不可能穩(wěn)定。另外，還要注意對(duì)雜質(zhì)的分析。85%品位的脫硫石膏與75%品位的天然石膏相比，品位上來講前者比后者品位要高得多，但從實(shí)際應(yīng)用上來講，前者不如后者穩(wěn)定。這主要是因?yàn)?，?jīng)粉磨后的天然石膏中的雜質(zhì)主要分布在較大的石膏顆粒中，而脫硫石膏中的雜質(zhì)主要是300目左右的碳酸鈣，這種極細(xì)小的顆粒在石膏水化凝結(jié)的過程中易形成隔離層，延長石膏的凝結(jié)時(shí)間，使強(qiáng)度降低。

2，1石膏粒徑的分析

在使用工業(yè)副產(chǎn)石膏之初，由于工業(yè)副產(chǎn)石膏的顆粒度較小，眾多企業(yè)便節(jié)約了粉磨工序。但實(shí)踐證明，單一脫硫石膏和磷石膏的粒徑分布曲線近似于倒拋物線，分布帶較窄。如圖1。

由于工業(yè)副產(chǎn)石膏的顆粒分布帶較窄，即使各種控制參數(shù)基本穩(wěn)定，三相組成較好，但松散容重高、標(biāo)稠大，強(qiáng)度偏低；使工業(yè)副產(chǎn)石膏高品位的優(yōu)勢(shì)得不到發(fā)揮。主要是因?yàn)榱资?、脫硫石膏的粒徑分布帶太窄，其?jí)配不佳，比表面積較小，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了不利影響。

同時(shí)，應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)磷石膏和脫硫石膏的粒徑分布不同，利用這一點(diǎn)，可以將脫硫石膏和磷石膏按照一定比例進(jìn)行簡單的混合使用，拓寬顆粒分布帶。如圖2。

磷石膏和脫硫石膏簡單混合后，粒徑分布帶加寬，但仍然有兩個(gè)明顯分化的峰值，雖然可以彌補(bǔ)單一區(qū)域的缺陷，但效果并不穩(wěn)定。那最好的效果就是使兩個(gè)峰值進(jìn)行均和，這就有必要對(duì)混合石膏進(jìn)行進(jìn)一步的粉磨，進(jìn)一步優(yōu)化建筑石膏的粒徑分布。如圖3。

為了改善工業(yè)副產(chǎn)石膏的顆粒級(jí)配，泰山石膏股份有限公司利用粉磨對(duì)其進(jìn)行改姓，使其顆粒級(jí)配和顆粒形狀發(fā)生變化，提高了建筑石膏的比表面積，降低了用水?dāng)?shù)量，而強(qiáng)度等物理性能提高了20%左右。

2，2建筑石膏相組成的穩(wěn)定性

建筑石膏（熟石膏）是由多相組成的一個(gè)體系，包括半水石膏、殘留二水石膏、Ⅲ型無水石膏（可溶性無水石膏），有時(shí)還有可能出現(xiàn)Ⅱ型無水石膏。相的組成與石膏本身的性質(zhì)、加工工藝有關(guān)，對(duì)熟石膏的水化和硬化體的性能都有重要影響。在熟石膏的各組成相中，半水石膏和Ⅱ型無水石膏比較穩(wěn)定。熟石膏質(zhì)量不穩(wěn)的主要因素是Ⅲ型無水石膏（可溶性無水石膏）和殘留二水石膏的存在，Ⅲ型無水石膏在空氣中極不穩(wěn)定，能很快吸水轉(zhuǎn)為半水石膏。殘留二水石膏在常溫下穩(wěn)定，但在干燥空氣中，溫度超過45攝氏度時(shí)，就可以脫水轉(zhuǎn)化為半水石膏。各相的水化與硬化性能差別較大：半水石膏水化速度最快，早期強(qiáng)度高；Ⅲ型無水石膏水化活性最高，但硬化慢，濕強(qiáng)度低；Ⅱ型無水石膏硬石膏的活性最低，水化速度慢；殘留二水石膏可以加速半水石膏和Ⅲ型無水石膏的凝固，強(qiáng)度反而降低?？梢姡焓噘|(zhì)量的穩(wěn)定性與相組成的穩(wěn)定性有密切關(guān)系。因此，為保證熟石膏質(zhì)量的穩(wěn)定性就是通過陳化、均化處理，促使Ⅲ型無水石膏和殘留的二水石膏盡可能的轉(zhuǎn)化為半水石膏，保證凝結(jié)時(shí)間的穩(wěn)定，提高石膏硬化體的強(qiáng)度。

因此，為了不斷提高建筑石膏的物理性能，穩(wěn)定生產(chǎn)，就需要不斷加強(qiáng)對(duì)建筑石膏料性的研究和實(shí)時(shí)分析，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，穩(wěn)定生產(chǎn)。

3.改善石膏和石膏制品加工工藝

石膏加工生產(chǎn)生成熟石膏的主要過程就是煅燒脫水。隨著石膏加工工業(yè)的逐步成熟，石膏煅燒工藝也是逐步完善的過程。

3，1煅燒和陳化

目前，石膏煅燒工藝有慢速煅燒和快速煅燒兩種。慢速煅燒的特點(diǎn)是使二水石膏在較低的溫度緩慢的轉(zhuǎn)化為半水石膏的過程。這種工藝可以值得相對(duì)較純的半水石膏，工藝簡單，比較容易控制?？焖凫褵?，是今年發(fā)展起來的，適應(yīng)于規(guī)?；?、高速生產(chǎn)的需要而發(fā)展起來的石膏脫水工藝。一般采用高溫?zé)釟饬髦苯优c物料進(jìn)行接觸的方法，在5-10秒的時(shí)間內(nèi)快速完成干燥、煅燒的過程，使二水石膏瞬間失去結(jié)晶水轉(zhuǎn)化成熟石膏，從材性上來講，快速煅燒的石膏活性要比慢燒的要高，提高了半水石膏的水化活性，改善了產(chǎn)品性能。這也是目前大部分企業(yè)所采取的工藝。但是，這種快速煅燒的熟石膏一般不太好把握半水石膏的量，殘余二水石膏和無水石膏都相對(duì)較多，因此這種工藝一般都要后續(xù)均化和陳化工藝，使殘余二水石膏和無水石膏在陳化過程中向半水石膏做進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，最終提高半水石膏的量。陳化是制粉工藝流程的重要工序，陳化不是簡單的儲(chǔ)存，一般陳化倉應(yīng)有攪拌和翻滾的裝置，還可以增加噴霧裝置，根據(jù)出爐熟石膏的相組成和環(huán)境濕度、粉溫等進(jìn)行調(diào)控。比如，在熟石膏中殘留二水石膏比較多的時(shí)候，就要采取密閉的措施，讓殘余二水石膏在余溫下繼續(xù)脫水轉(zhuǎn)化。當(dāng)無水石膏含量偏高時(shí)，就要采取攪拌的措施，使其吸水轉(zhuǎn)化為半水石膏，必要時(shí)進(jìn)行噴霧補(bǔ)水。但具體調(diào)整控制都要根據(jù)熟石膏的溫度、相組成而定。

3，2粉磨

在采用天然石膏生產(chǎn)石膏制品時(shí)，粉磨就是要把石膏磨細(xì)。在使用工業(yè)副產(chǎn)石膏之初，由于副產(chǎn)石膏本身就是呈細(xì)粉狀，粉磨曾被一度忽略。但隨著對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏應(yīng)用研究的深入發(fā)現(xiàn)，粉磨仍然是石膏加工中不可或缺的工藝，不過其主要目的不是磨細(xì)，而是改性，以優(yōu)化石膏的水化性能和石膏硬化體的性能。但具體應(yīng)該采用那一種粉磨工藝，還是需要根據(jù)原料的料性、石膏制品的最終用途而確定。根據(jù)磨機(jī)的破碎原理，物料有5種受力情況，即擠壓、沖擊、磨剝、劈裂和折斷。根據(jù)有關(guān)資料顯示，有利于石膏活性發(fā)揮的是沖擊和劈裂，這種運(yùn)動(dòng)不僅可以增加石膏的表面積，還可以造成大量的斷鍵，增加物料表面能。球磨機(jī)內(nèi)物料受力主要是沖擊的磨剝，輥壓式磨機(jī)內(nèi)的物料受力以擠壓式磨剝?yōu)橹?，從這個(gè)意義上講，球磨機(jī)更適用于改性式粉磨。

根據(jù)泰山石膏多年的研究和實(shí)踐表明，石膏粉在球磨機(jī)剛開始粉磨時(shí)標(biāo)稠隨著比表面積的增加快速下降，當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)（3000 cm2/g左右）后標(biāo)稠隨著比表面積的增加緩慢下降，當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn)（6600 cm2/g左右）后標(biāo)稠隨著比表面積的增加而上升。而2 h折強(qiáng)度隨著建筑石膏比表面積的增大而升高，當(dāng)達(dá)到某最大值后又隨比表面積取值的增大而降低，形狀類近似于倒u型曲線。2 h抗折強(qiáng)度隨著標(biāo)稠的降低而升高，基本是線性關(guān)系。

在石膏制品生產(chǎn)中，普遍要求標(biāo)稠越低越好，但往往最低點(diǎn)都是不穩(wěn)定的點(diǎn)，穩(wěn)定控制的難度比較大。所以，在應(yīng)該選3100m2/g～6000m2/g作為控制范圍。這就要求粉磨過程中要對(duì)球磨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

4.結(jié)論

隨著石膏制品行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)石膏及其生產(chǎn)的基礎(chǔ)性研究應(yīng)不斷深入，適時(shí)改進(jìn)工藝，優(yōu)化石膏制品的性能，促進(jìn)石膏制品行業(yè)的發(fā)展。