工业副产建筑石膏的研究开发 --石膏建材基基础研究 北京弗特恩科技有限公司 摘要：本文深入地研究了工业副产石膏的加工方法，并全面进行了性能对比。结果表明：用柠檬酸建筑石膏生产石膏复合胶凝材料，其保水性均优于脱硫建筑石膏，粘结强度与天然石膏相同。 关键词：工业副产石膏 保水性 粘结强度 1、前言 目前国内对脱硫石膏的应用范围有很大发展空间，特别在坚决打好污染防治攻坚战的新时代要求下，由于石膏产品属于绿色环保的建筑材料，为满足建材市场的需求，其开发利用成为热点。为了保护我国的生态环境，在《建材工业“十三五”规化》已明确指出，要积极利用磷石膏、氟石膏、烟气脱硫石膏等工业废渣，节能利废，大力发展“绿色建材”。因此，研究工业副产石膏的生产、改进意义深远。 工业固体废弃物—柠檬酸石膏，是在生产柠檬酸过程中，以红薯，山芋等淀粉原料物质，经发酵产生的柠檬酸发酵液，然后加入碳酸钙进行中和，得柠檬酸钙沉淀后再加入硫酸酸解，提取柠檬酸后产生的废渣，经机械脱水后即是柠檬酸石膏。目前我国年排放出的柠檬酸石膏约70万t左右。因柠檬酸石膏吸附水含量高，（其原始状态呈膏状，通常吸附水含量在30—45％）,颗粒细、粘度大、白度好、品位高（CaSO4.2H2O含量在90％以上）。但它又有一定量的杂质存在，特别是含有少量的柠檬酸和柠檬酸盐（对建筑石膏来讲是有很强的缓凝作用），与天然石膏、脱硫石膏、磷石膏、氟石膏都存在很大的区别。长期以来一直得不到有效的利用。大多都在作为废弃物堆放，对环境造成了严重的污染。也成为当前柠檬酸企业急需解决的问题。 2、研究部分 山东日照柠檬酸厂提供的柠檬酸石膏其化学组成见表1。 来样柠檬酸石膏吸附水为26.37％，PH值=5.12（通常柠檬酸石膏PH值在2.5—5.5之间、吸附水含量在40—45%左右时废酸残留量在0.1—0.01％）。 二水柠檬酸石膏在干燥箱内用40±2℃烘干后过筛。其细度见表2。 从表2可以看出二水柠檬酸石膏大多在140目—240目之间，约占87.79％（由于柠檬酸石膏粘度大，有粘筛现象，所以实际细度要偏细）。 由于二水柠檬酸石膏细度高、粘性大、含水率多，在生产建筑石膏时，煅烧温度难以控制，在试验中我们采用了低温慢速煅烧工艺。炉膛温度设定在240℃和260℃，按不同煅烧时间，实测出料温度130℃、145℃、160℃，所得柠檬酸建筑石膏相组份分析见表3。 从表3可以看出柠檬酸建筑石膏的煅烧温度应在150—160℃为宜。160℃出料的柠檬酸建筑石膏在温度21℃、湿度68%的环境中经过16小时的陈化转化后所得的柠檬酸建筑石膏相组份见 煅烧后的柠檬酸建筑石膏白度为86.2，其松散容重是407kg/m，比磷建筑石膏松散容重（成都---）716 kg/m，轻17.61％：比天然建筑石膏（太原）869 kg/m，轻53.16％；比脱硫建筑石膏（渭河电厂）1036 kg/m，轻119.22％，也就是脱硫建筑石膏的松散容重是柠檬酸建筑石膏的2.55倍。磷石膏的松散容重是柠檬酸建筑石膏的1.45倍。（由于柠檬酸建筑石膏的重量轻，按常规烧石膏的三相分析法称取试样1g，需加入1ml95％的酒精水溶液或蒸馏水，使物料润湿均匀后进行。但对柠檬酸建筑石膏这并不能完全地均匀的湿润试样，所以我们加大了酒精和蒸馏水的用量到1.5mL。这样作出的相组份对DH的偏向可能稍有提高）。 由于柠檬酸建筑石膏容重轻、细度高，还有残余柠檬酸的影响。所以其标准稠度用水量在113％—119％之间，初凝时间在26min—32min,终凝时间在54min—60min。对此我们进行了几种不同的改性处理，改性处理后柠檬酸建筑石膏根据不同的改性方法产生了不同的效果。其标准稠度用水量达到62％—82％，初凝时间2min—8min，终凝时间6 min—15min，2h抗折强度达3Mpa以上，2h抗压强度超过9Mpa，在45℃烘干后，干抗折强度为5.29Mpa，干抗压强度为16.84Mpa。 3、对比研究 利用各种工业副产石膏生产高强石膏。 柠檬酸石膏是工业副产石膏中生产高强石膏最理想的原料。对脱硫石膏（渭河电厂提供）和柠檬酸石膏（山东淄博柠檬酸厂提供）。采用水热法试验高强石膏的研究，其结果见表5。 采用水热法生产高强石膏，要根据不同二水石膏的特性，选用不同的媒晶剂，使不同种类的二水石膏在不同媒晶剂的作用下，产生理想的半水石膏晶体形态和物理性能，当你选择一种认为是最佳的媒晶剂时，可能只适应在做实验的某一种二水石膏时效果最佳，不一定适用于所有原始的二水石膏。高强石膏的生产在不同转化时间内（一般恒温时间在90—120min范围内）与一定温度下二者有着一定的相互关系。温度高则脱水转化过程快，但温度不能超出一定的局限（140℃—150℃之间）。 高强石膏的生产要在特定的PH值溶液条件（一般在4—5之间）和二水硫酸钙含量大于92％的先决条件下，才能生产出理想的高强石膏。 下面是几组柠檬酸和脱硫二水石膏、建筑石膏、高强石膏的晶体形态图，供大家参考。
用柠檬酸建筑石膏生产石膏复合胶凝材料，其保水性均优于脱硫建筑石膏，粘结强度与天然石膏相同。我们采用粘结石膏和粉刷石膏行业标准的测试方法做了对比试验，测试结果见表6: 通过合理陈化，使可溶性无水石膏AⅢ全部或大部分转化为半水石膏﹙HH﹚当HH达到最高值时，陈化作用的效果就明显表现出来，此时标准稠度用水量达到最低值，强度达到最高值。当陈化超过最佳时间，二水石膏（DH）的含量迅速增加，标准用水量又增大，强度随着时间的延长而迅速降低，凝结时间随着陈化时间的延长而缩短。此时陈化进入失效期。 陈化效果见表7、表8 4、总结 通过对柠檬酸建筑石膏的试验研究，生产柠檬酸建筑石膏我们采用了低温（小于280℃），慢速（炒制时间大于45分钟）的煅烧工艺，熟石膏相组份绝大多数以可溶性无水石膏（AⅢ）和半水石膏（HH）的状态存在。极少量有残留二水石膏（DH）和难溶型无水石膏（AⅡ）的存在。因在280℃以下煅烧建筑石膏一般不会产生AⅡ组份。熟石膏通过一定时间，环境湿度条件的陈化转变，将AⅢ最大限度的转化为HH相组份存在，使HH组份占95％以上，其余为AⅢ成份时是最佳、最理想的熟石膏粉。 对于柠檬酸建筑石膏的煅烧出料料温应在160℃为宜。在煅烧时一定要在进料时打散物料结块，使其颗粒分布均匀，受热一致，确保建筑石膏的质量。石膏进行煅烧后，都应经过不同优化手段的后期处理，才能得到优质的建筑石膏产品。后期处理除陈化、均化外，还包括复合不同的无机及有机材料。改性处理的方法很多。可以复合的物料也很多，只要多做实践研究就能找到新路子。 利用工业副产石膏，无论脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏，只要原状干石膏，二水硫酸钙的含量大于90%以上。根据各种石膏的不同特征，了解不同石膏杂质含量的差异，采用不同的生产工艺及配合不同的复合处理手段，都可得到不同的，合格的，能让用户满意的产品。某种石膏在偏酸性条件下，就能生产出优质产品，有的则在中性环境中最佳，但有的只有在偏碱条件下反应效果才好，这些都需要我们通过实践摸索，没有反复的实践，就没有最佳的结果。 在石膏建材的生产、开发、利用中，我们要根据不同建筑石膏的适应性、可行性来加工生产不同的建材产品，绝不可生拉硬扯﹙如石膏建材是适用于室内，而不适应直接用在外围护墙体表面及建筑物能被雨水冲刷到的地方，只要是以石膏为主要材料的产品，即使软化系数达到8以上，它动水溶蚀性能差的缺点也不会完全改变﹚。 目前工业副产建筑石膏在国内市场上的销售及应用情况，北方要比南方好，近期在上海，江浙地区，有一些已经使用脱硫建筑石膏的单位，现又回头使用天然建筑石膏。这个现象的主要原因是使用工业副产建筑石膏的产品出现变形，不如天然建筑石膏稳定﹙如吐水、开裂等现象﹚，还有石膏黄变的问题。原因的关键是制品生产商发现问题，不去研发，改进工业副产建筑石膏及进行整体配方的调整，只是简单的换建筑石膏来解决，而建筑石膏供应商又不能配合制品生产商查找问题和解决问题，这样市场就很难打开，所以工业副产石膏的出路，不但要有优良的产品，更要有良好的服务，特别是技术的支持，走顾问式营销服务之路﹙做客户的技术顾问，市场顾问﹚，北京弗特恩科技有限公司拥有全套石膏应用检测仪器和技术过硬的应用技术团队，可提供石膏改性、KS粉、轻质抹灰石膏、粉刷石膏、嵌缝石膏、石膏保温砂浆、石膏腻子等产品调试。 |
