利用工业石膏开发高强度建筑石膏关键技术研究

陈向荣 杨志明 陈 霏 李学东 叶丹玫

广西建材科研设计院（530022）

利用工业石膏开发高强度建筑石膏关键技术研究

陈向荣 杨志明 陈 霏 李学东 叶丹玫

广西建材科研设计院（530022）

从工业石膏的自身特性出发，在了解工业石膏不能直接用作建筑石膏原材料的原因后，以磷石膏为例，通过试验得出磷石膏在水洗预处理后可以作为生产建筑石膏的原材料，并介绍了工业石膏生产建筑石膏的工艺以及产品测定结果，为以后的相关工作提供理论依据。

工业石膏；磷石膏；建筑石膏

0 引言

石膏是以CaSO4为主要成分的矿物，石膏中含有不同数量的结晶水，其性能不同。建筑石膏的化学名是CaSO4·1/2H2O，也称熟石膏或半水石膏。建筑石膏是由天然石膏经压蒸或煅烧加热而成的，天然石膏在饱和溶液中，在一定压力和温度下，发生一系列化学、物理变化，后脱水生成半水石膏。根据成型条件及性能的不同，可将其划分为α型半水石膏和β型半水石膏。

常压下由二水石膏（CaSO4·2H2O）煅烧加热到107～170℃，产生β型建筑石膏：

在124℃条件下压蒸加热可产生α型建筑石膏：

α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此又称为高强度半水石膏，也就是本试验要开发生产的高强度建筑石膏。建筑石膏主要具有以下几个特点：

1）凝结硬化速度快。建筑石膏的初凝时间仅为10 min左右，终凝时间不超过30 min，比普通石膏凝结硬化速度快。

2）凝结硬化时具有膨胀性。膨胀使得建筑石膏的表面较为光滑饱满，避免了干燥开裂。

3）质量轻，强度大。建筑石膏凝结硬化后具有多孔性，内部大量的空隙使得石膏重量轻。

4）隔热和吸声功能强。建筑石膏凝结硬化体内大量的微孔，使其传热性显著下降，吸声性能增强。

5）阻燃性强。硬化后石膏的主要成分是二水石膏，受到高温作用时会脱出结晶水，可有效地隔热阻火。

6）具有良好的可加工性。

7）抗水性差，因为其水化产物溶解度大。

建筑石膏的原料一般选用的是天然石膏，随着技术的发展，国内外已经将工业石膏的副产品也应用到建筑石膏生产中。我们对工业石膏部分副产品与天然石膏的成分含量进行了对比，具体数据见表1。

由表1可以看出，工业石膏（磷石膏、氟石膏等）含有的某些特殊成分（磷、氟等），不适合作为生产高强度建筑石膏的原材料。以磷石膏为例说明，一方面是由于磷石膏中存在硫酸、可溶性磷、氟化物、钾盐、钠盐以及不可溶磷等杂质，这些物质会影响建筑石膏制品质量和性能；另一方面可溶性磷等有害物质流散到自然环境中，会污染环境，引发环保问题。基于这种情况，磷石膏不能直接用于生产建筑石膏，需要经过处理才可以利用，目前最常用的就是采用水洗预处理法。

表1 工业石膏副产品与天然石膏成分对比（%）

1 试验

将磷石膏经过水洗后，才能作为高强度建筑石膏的原材料。下面介绍磷石膏的水洗试验：

1.1 原料分析

天然石膏，化学名是CaSO4·2H2O，在不同温度的煅烧下可得到不同的石膏品种，如在107～170℃的干燥条件下加热成建筑石膏。磷石膏的物理、化学特征和天然石膏具有相同的规律,经过烘干、煅烧处理之后的石膏制品的理化特性、凝结特性等性能与天然石膏基本一致，但一些杂质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，需要经过针对性的措施处理之后才可以用于建筑石膏的生产。

1.2 试验方法

将150 g的磷石膏用80 ml的清水制成浆送入制浆槽，制成浆后洗涤过滤，经过反复洗涤，将洗涤液分离，将料浆送入滤液槽，输送到硫酸车间做洗涤水，用80 ml的清水洗涤5次，一部分用氨中和后，再过滤分离，洗涤干净后的磷石膏随输送设备进入下一流程。

2 试验结果与分析

150 g磷石膏经过水洗流程后,根据测定结果对磷石膏的磷含量、水洗前后的pH值等进行了对比，相关数据见表2。

表2 磷石膏的磷含量、水洗前后的PH值数据对比表

这一试验结果表明,磷石膏经过水洗预处理后，82%的可溶性磷洗出来回收,可进行磷肥生产等，而净化后的磷石膏经预烘干再脱结晶水可以作为生产建筑石膏的原材料。这样一方面减少了磷对建筑石膏制品的影响,另一方面也有效地利用了废渣，变废为宝，减少了污染物的排放，具有很好的经济效益和社会效益。

3 工业石膏生产建筑石膏的工艺

建筑石膏是一种古老的建材,早在公元前，许多国家就开始煅烧石膏作为凝结材料。建筑石膏的需求量很大，应用也非常广泛，如可应用于：

1）石膏砂浆及粉刷石膏。建筑石膏加水及缓凝剂拌合成石膏浆体，作为室内粉刷涂料。

2）制作石膏板等。以建筑石膏为主要原料，制作成各种石膏板。

3）制作建筑雕塑和模型等。建筑石膏为粉状胶凝材料，按照强度、细度和凝结时间可划分为优等品、一等品和合格品。其中各等级建筑石膏的初凝时间均≥6 min，终凝时间≤30 min。

下面以磷石膏为例，以磷石膏为原料生产建筑石膏的生产工艺如下：

高强度建筑石膏生产原材料：磷石膏、水泥缓凝剂。

主要生产设备：水洗设备、FC煅烧炉、除尘器、振动筛、气流烘干机等

生产工艺流程：水洗→干燥→煅烧→成品包装入库。

生产工艺参数：根据产品质量、各项指标的反映,确定生产中的运转工艺参数。

生产过程具体步骤：

1）对磷石膏水洗预处理。以上述试验中水洗工艺流程对磷石膏进行水洗预处理。

2）干燥。这一步是利用磷石膏开发高强度建筑石膏的第一个关键点，因为半水石膏很容易转化为二水石膏，因此需要马上送入干燥器。为降低半水石膏水化概率，采用二水石膏脱水与干燥在同一个设备当中。

3）煅烧。这一过程要严格控制温度和压力参数，因为在不同的温度和压力下，产生不同的产物，这是生产高强度建筑石膏的关键。如温度过低，半水石膏中残留的水分可能将其水化成二水石膏；温度过高，半水石膏就可能变成无水石膏。

4）成型。刚开始成品时，若检测到产品不合格，需要回仓继续处理，直到产品检测合格。

5）产品包装入库。在整个生产过程中要加入适量的水泥缓凝剂，并调整其凝结时间满足生产工艺要求。

4 产品测定结果

最后对生产的高强度建筑石膏进行测定，产品的主要质量指标如下：2 h抗折强度5.6 MPa、初凝时间8.3 min、终凝时间10.2 min。从产品测定结果来看，产品主要技术性能达到了满意的水平。这也说明这一工艺能使磷石膏等工业石膏更广泛地应用在建筑石膏的生产中。综上所述，以工业石膏为原料，生产高强度建筑石膏，使得石膏不仅具有质量轻、防火阻燃、隔声、易于成型、凝结快、水化时间较短等普通建筑石膏具有的特点，而且还具有强度高、水化需水量少等优点，具有显著的效益。

5 小结

综上所述,提升建筑石膏生产产业的发展，利用工艺副产品开发高强度建筑石膏具有良好的经济效益和社会效益，也是变废为宝、减排增效的重要途径。本次高强度建筑石膏的研制成功，拓宽了高强度建筑石膏的生产途径，由于其节能减排、成本低廉的特点，使其具有巨大的市场开发潜力。

这里针对利用工业石膏开发高强度建筑石膏的关键技术进行了分析,并给出了相应的解决措施。由于影响高强度建筑石膏性能的因素很多，文章只是进行了简单的探讨，通过试验给出了简单的工艺流程，但要构建科学性、系统性、合理性的高强度建筑石膏生产流程，还需要进一步的研究。高强度建筑石膏的关键技术研究并不单单需要理论知识，还需要试验实践和具体的应用实践，以及研发配备具有良好性能的新设备。在开发生产过程中，要从实际需要出发，从提高高强度建筑石膏的质量和性能入手，进一步完善高强度建筑石膏的开发利用。

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