氯离子是脱硫石膏生产过程中所带入的一种杂质离子，它对脱硫石膏制品的性能有重要影响。当氯离子含量过多时，产品会出现多种问题．如返潮、下垂、返黄等。不同厂家生产的脱硫石膏氯离子含量高低不一．普遍超过行业标准，这对脱硫石膏的推广应用造成极大困难。本章在研究氯离子对脱硫石膏脱水性能、水化产物的强度和耐水性能以及对纸面板纸扳粘接性能的影响的基础上．借助SEM、XRD等微观分析手段，分析了氯离子的影响机理．为后续控制方法的研究提供了理论基础。 4.1氯离子对脱硫石膏脱水效果的影响 用天平称量I份质量为20g的空白样品和5份20g未处理的脱硫石膏．加入不同质量的CaCl2，人为调整脱硫石膏中氯离子含量，具体含量见表2，用100ml去离子永溶解后，抽滤lOmin，称量滤饼质量m湿，然后将滤饼在40℃下烘干至恒重，称量质量m干．含水率计算公式如下所示： 图4.l为脱硫石膏脱水后的含水牢随氯离子掺量的变化情况，从图中可以看出随着氯离子的加入，脱硫石膏含水率成增加的趋势．但当氯离子含量达到6000ppm时．石膏的含水率基本不再上升．趋于稳定。这说明氯离子在脱硫石膏中所能存在的量是有定限值的。 图4.14脱硫石膏含水率随氯离子掺量的变化趋势 对烘干后的空白样品、CG1号和CG5号样品进行XRD分析(见图4.2)井对CG5号样品进行能谱分析(见图4.3)．从图4.2(c)中我们可队看出CG5号样品中出现CaCl2·4H2O的特征峰．说明样品中氯离子含量已经很高(能谱图也可以证实这一点)．井形成了氯化钙晶体。氯化钙易结合水分子．形成带四个甚至六个水分予的产物．这就解释了氯离子含量增加导致脱硫石膏脱水困难的现象。 从图4．4中可以看出空白样品与CGl号和CG2号样品的颗粒微观形貌存在较大不同。空白样品中颗粒大小均匀．发育良好．表面比较平整；CGl号样品晶粒尺寸在一定范围内波动，粗细颗粒相互掺杂．但图44(d)中晶粒表面仍然比较平整：而CG5号样品不仅颗粒大小分布不均，太颗粒与小颗粒的粒径差比CG1号样品要大，而且颗粒表面粗糙．有微团粘附其上，说明晶粒发育不好．这会增大石膏颗粒的比表面积．影响石膏浆体整体的脱水效果。 出现以上情况是因为在石膏浆液脱水过程中．石膏处于过饱和状态，晶粒逐渐由小变大，而氯离子本身体积较大．会影响石膏晶粒的长大．对晶体发育产生不利影响。这会使晶体结晶度降低，晶粒表面不平整．比表面积增大．导致晶粒表面吸附水增多，造成r石膏含水率的增加；体积相对较大的氯离子的存在．还会堵塞自由水在石膏晶粒之间的排水通道．同样会导致石膏脱水困难。 4.2氯离子对脱硫石膏水化产物强度及耐水性能的影响 对CG1号至CG5号样品进行热处理．制成半水石膏，按相同水灰比加水拌合．自然养护7天后，测量氯离子对脱硫石膏水化产物强度及耐水性能的影响．结果如表4.2所示。 4．2氯离于对脱硫石膏水化产物强度及耐水性能的影响 对CG1号至CG5号样品进行热处理．制成半水石膏，按相问水灰比加水拌合．自然养护7天后1测量氟离子对脱硫石青水化产物强度及耐水性能的髟响．结果如表4.2所示。 从表4.2中结果不难看出．随着氯离子掺量的增加，水化产物的干基强度虽变化不明显，但整体仍然呈现出逐渐下降的趋势。同时．水化产物的湿基强度远小于其干基强度，即其软化系数较小。反应水化产物耐水性能强弱的吸水率和软化系数也是随着氯离子掺量的增加而分别呈增加和降低的趋势．说明同样条件下，石膏水化产物中氯离子含量越高，其耐水性能越差。 对CG1号和CG5号样品进行SEM分析，如图4.5所示。通过比较图4.5(a)和图4.5(b)．我们可以进一步发现．氯离子含量的高低会在很大程度上影响石膏晶体的生长，CG1号样品中石膏晶粒发育完整．呈柱状交错，簇状生长，且晶粒间搭接点较多．分布比较致密，这种结构的石膏晶格间气孔较少，连通孔的数量也下降。能够有效阻滞水分在石膏晶体问的迁移．(水分于是通过毛细管道和石膏晶粒间隙进入石膏内部，品粒问的搭接点会溶解于水中．同时，由于毛细管作用．水分子会吸附在各毛细管壁上，将各个石膏晶粒微团分隔开．最终破坏石膏晶体结构．使石膏性能下降)宏观表现为强度高．吸水宰较低和软化系数较高。 而CG5号样品晶体结晶不规则．结晶度较差，晶粒发育不完整-成小片状聚集。这说明，氯离子的存在会影响石膏水化产物中晶体的形成。使其结晶不充分．晶体表面不平整。直接宏观表现是强度的降低以及耐水性能的下降。 表4.3和表4.4分别为自然养护和标准养护条件下，掺加不同量氯离子后．制得的石膏板的纸面结合情况．其中，l#样品未经处理：2#样品额外掺加氯离子量为4000ppm；3#样品额外掺加的氯离子量为8000ppm。比较表4.3和表4.4的结果可以得出与3.2节相似的结果．纸面石膏扳本身在潮湿条件下的耐久性较差，在标准养护条件下养护一周后。制作的石膏板就出现了比较严壤的纸板分离现象。对比掺加币同量氯离子的纸面石膏板，可以发现随着氯离子含量的增加．无论是在自然养护条件下，还是在标准养护条件下，石膏板的纸板粘接能力均出现较大幅度地下降。为了研究氯离子影响纸面石膏板纸 从图4.6可以看出．在离表层0mm和3mm距离的地方．随着热处理时间的延长．氯离子的浓度呈增加的趋势：在离表层9mm的地方，氯离子浓度呈明显下降的趋势。以上三处的浓度值在前2小时的变化率要明显大于之后的变化率，这与石膏板的热处理过程相对应。而在距离表面6mm处．氯离子浓度随时间的变化规律性不大，基本在100ppm附近波动；前期由于氯离子迁移速度较快。该处离子向表面迁移，石膏板中心部分离子又向此址迁移．客观上起到了补充氯离子的作用，虽然在前2小时内波动较大，但后期基本维持在1000ppm上下，与整个石膏扳中氯离子的平均含量接近。 在石膏板的整个热处理过程中．氯离子在石膏板中的迁移主要存在两种形式，即扩散和对流。(扩散是指离子从浓度高的地方向浓度低的地方迁移；而对流是指氯离子随水分的迁移而发生的定向移动．在此过程中氯离子相对水分的位置基本不变．此时，氯离子的迁移可能是顺浓度梯度．也可能是逆浓度梯度)。由于石膏板中水分的蒸发，对流作用在整个离子迁移过程中占据优势地位．导致氰离子不断向石膏板表面迁移、聚集最终导致氯离子在石膏板表面局部严重超标，氯离子与钙离子结合以氯化钙的形式存在．氯化钙极易吸水受潮．同时，若氯化钙含量过多，在干湿循环条件下甚至出现析晶现象．这些情况直接导致了纸面石膏板出现易受潮、纸板粘接不牢等情况的发生。 4．4本章小结 l.随着脱硫石膏中氯离子含量的增加，石膏脱水变得困难，但当氯离子掺加量达到6000ppm以上后，石膏的脱水情况在一定范围内基本趋于稳定： 2.氯离子会对石膏水化产物的耐水性能产生不利影响，氯离子含量越多．石膏水化产物的吸水宰越大，软化系数越小．同时．石膏水化产物的强度也会随氯离了含量的增加而降低： 3.氯离子会影响纸面石膏扳纸板粘接能力．且粘接能力随氯离子含量的增加下降明显，其对纸面石膏板抗潮能力的影响同样显著。 总之，要扩大脱硫石膏的应用范围．提高脱硫石膏的应用价值，除了要求在脱硫石膏出厂前对氯离子含量进行控制外．后续应用环节如何采取有效措施降低甚至消除氯离子对石膏及其制品性能的影响，同样需要进行更加深入的研究与探索。 |
