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相分析在脱硫建筑石膏性能研究中的应用
发布时间:2019-10-10   点击次数:328次

根据煅烧工艺及用途的不同,脱硫建筑石膏中各相所占比例各不相同,各相的比例会对脱硫建筑石膏的性能产生影响。

2.1 残余二水石膏含量对脱硫建筑石膏性能的影响

脱硫建筑石膏中残余的二水石膏在其水化过程中起到晶核的作用,若煅烧产物中存在较多的二水石膏,容易产生快凝等现象。试验选择 III 型无水石膏含量为 0 并且石膏纯度在 95% 以上的脱硫建筑石膏,所测得的残余二水石膏含量与对应的脱硫建筑石膏性能列于表 1 中。从表 1 和图1 可以看出,初凝和终凝时间随着残余二水石膏含量的增加均减少;当二水相含量由 2.21% 增加至 8.92% 时,初凝时间减少 13 min,终凝时间减少 15 min;当二水相含量过高时,脱硫建筑石膏的 2 h 抗压强度及抗折强度较低。

 

表 1 残余二水石膏对脱硫建筑石膏性能的影响

编号

标稠/%

初凝/min

终凝/min

抗折强度/MPa

抗压强度/MPa

二水石膏/%

SQ-1

58

20

24

3.52

7.86

2.21

SQ-2

60

14

19

3.88

8.44

2.91

SQ-3

61

12

18

3.72

9.91

3.19

SQ-4

63

11

13

3.32

7.19

6.57

SQ-5

60

7

9

3.48

8.13

8.92

SQ-6

63

5

8

2.90

6.25

20.04

 

图 1 二水石膏对凝结时间的影响

 

但脱硫建筑石膏凝结时间受诸多因素的影响,所以有时脱硫建筑石膏内二水石膏含量对凝结时间的影响很难准确获得。当通过添加缓凝剂后,绝大部分二水石膏含量较低的脱硫建筑石膏的凝结时间可显著延长;当脱硫建筑石膏内二水相含量较高时,同等的掺量对延长石膏的凝结时间效果并不理想。不同二水石膏含量情况下,加 SC 石膏缓凝剂及未加缓凝剂的脱硫建筑石膏凝结时间见表 2 及图 2。当残余二水石膏含量 < 4.0% 时,在石膏内掺入 0.2%~0.3%SC 石膏缓凝剂后,石膏的凝结时间至少延长至原来的 3 倍以上,初凝时间能达到 1 h 以上;当残余二水石膏含量 >4.0%时,即使有的空白样的凝结时间也能达到 6 min以上,但掺入 0.2%~0.3%SC 后,凝结时间与原来差别不大,且终凝时间普遍偏短,此时,即使是掺入成倍乃至更多量的缓凝剂也不能达到理想的凝结时间,见表 3。

 

表 2 SC 缓凝剂对脱硫建筑石膏凝结时间的影响

序号

二水石膏/%

标稠/%

空白样

加0.2~0.3%SC

初凝/min

终凝/min

初凝/min

终凝/min

1

0.60

53

6

7

61

71

2

1.33

55

13

16

70

78

3

1.82

46

9

11

63

70

4

2.21

41

12

15

80

86

5

2.81

50

7

8

51

60

6

3.34

45

15

20

63

68

7

4.32

40

4

5

11

13

8

8.92

50

7

9

21

25

9

16.78

49

5

8

13

19

10

16.95

50

7

10

10

14

       


图 2 掺 SC 缓凝剂后凝结时间与残余二水石膏之间关系

 

表 3 缓凝剂掺量对凝结时间的影响

编号

二水石膏/%

缓凝剂/%

标准扩散度/%

凝结时间/min

SC

WC

初凝

终凝

1

7.8

-

-

65

2

4

2

7.8

0.2

0.5

65

3

5

3

7.8

0.8

0.5

65

10

16

       

2.2 过烧的 III 型无水石膏对脱硫建筑石膏性能的影响

经过煅烧的脱硫建筑石膏,由于含有一定量的性质不稳定的无水石膏和少量的二水石膏,使得物相组成不稳、分散度大、吸附活性高,导致粉体标准稠度用水量增加、强度降低、凝结时间不稳定,此时脱硫建筑石膏需要陈化,以改善其物理性能。陈化对脱硫建筑石膏凝结时间的改善效果见表 4。

 

表 4 陈化对脱硫建筑石膏凝结时间的影响

无水相/%

半水相/%

二水相/%

加0.2%SC+0.5%WC

注释

初凝/min

终凝/min

7.73

78.66

3.40

45

51

未经陈化

0

88.21

3.54

69

78

陈化1晚

      

但是当脱硫建筑石膏粉中 III 型无水石膏含量较高,且二水石膏含量也较高时,陈化虽然能减少无水石膏的含量,但是并不能对其性能起到明显的改善,尤其是凝结时间,因为二水石膏含量高,其减弱缓凝剂的缓凝效果,使加入缓凝剂的石膏凝结时间不会发生明显的变化。

根据石膏的不同用途,所需脱硫建筑石膏的各相比例是不一样的。如果是生产石膏建材制品,如各种石膏板、砌块等,希望的脱硫建筑石膏中二水石膏含量较高,此时建筑石膏的凝结时间较短,可提高生产模具的周转率或生产线上制品的产量;如果是生产粉体石膏建材,如粉刷石膏、石膏黏结剂、石膏接缝材料等,希望脱硫石膏煅烧产品中绝大部分为半水石膏、极少量的过烧无水石膏Ⅲ和欠烧二水石膏,此时生产的脱硫建筑石膏凝结硬化较慢,有利于减少外加剂的掺量,降低生产成本。因此,生产过程中需根据自身的需要选择合适的煅烧设备,合理控制煅烧工艺。

2.3 相分析在煅烧设备及煅烧工艺选择中的应用

脱硫建筑石膏生产采用干法煅烧石膏工艺。按加热方式,可分为间接加热和直接加热;按出料方式,可分为间接出料和连续出料;按煅烧脱水速度,可分为慢速和快速煅烧。20 世纪 60 年代国际上主要采用慢烧型间歇炒锅和外烧式回转窑,70~80 年代发展了连续炒锅和锥形炒锅,回转窑也从外烧式发展成内烧式煅烧。随着石膏工业技术的进步,为满足石膏建材制品生产线的运行速度,增加产量,目前发展了气流式快速煅烧工艺及其相关的气流式煅烧磨设备。由 2.2 节的分析,如果是生产石膏建材制品,宜采用快速煅烧设备,缩短生产周期;如果是生产粉体石膏建材,宜选用慢速煅烧设备。

以用于粉体石膏砂浆的脱硫建筑石膏的煅烧为例,采用低温间接换热煅烧,石膏不易过烧,煅烧出的建筑石膏中不再含有可溶性 III 型无水石膏,大部分为半水石膏。但有时受料流的稳定性、二水石膏的纯度等因素的影响,制备出的建筑石膏中二水石膏含量会偏高,会出现初凝时间偏短;通过进一步调节煅烧温度可使脱硫建筑石膏的二水相减少,半水相含量提高,使石膏相组成相对稳定,提高脱硫建筑石膏的性能,见表 5 和表 6 。

 

表 5 煅烧温度对脱硫建筑石膏相组成的影响

编号

煅烧温度/℃

吸附水/%

无水石膏/%

半水石膏/%

二水石膏/%

SB-1

147

0.44

0

86.43

3.35

SB-2

135

0.27

0

83.56

6.57

SB-3

130

0.35

0

80.80

8.92

SB-4

120

0.11

0

75.61

16.92

 

表 6 煅烧温度对脱硫建筑石膏凝结时间及 2 h 强度的影响

编号

煅烧温度/℃

初凝/min

终凝/%

掺0.2%SC+0.5%WC

抗折强度/MPa

抗压强度/MPa

初凝/min

终凝/%

SB-1

147

24

30

63

71

3.6

6.6

SB-1

135

11

13

22

27

3.3

7.2

SB-1

130

7

9

21

25

3.5

8.1

SB-1

120

7

10

10

14

3.2

8.2

        

由于煅烧温度的升高导致二水相含量减少,使煅烧出的脱硫建筑石膏的凝结时间变长, 其 2 h 强度比快凝的脱硫建筑石膏强度低,但是这并不意味着其性能劣于二水石膏含量高、凝结时间短的脱硫建筑石膏。从表 7 可以看出,凝结时间长的脱硫建筑石膏绝干强度高于快凝的石膏,其更适合用于粉体石膏砂浆。因此,选择合适的煅烧温度可使脱硫建筑石膏的二水相减少,凝结时间增长,绝干强度增加。

 

表 7 煅烧温度对脱硫建筑石膏绝干强度的影响

编号

煅烧温度/℃

二水石膏/%

初凝/min

2h 抗折强度/MPa

2h 抗压强度/MPa

绝干抗折强度/MPa

绝干抗压强度/MPa

SB-5

153

2.91

20

3.12

6.61

7.53

23.57

SB-6

133

5.98

14

3.8

8.44

6.63

19.24

 

在煅烧温度范围内,煅烧时间的长短决定了脱硫建筑石膏粉中无水相与二水相的含量。煅烧时间过短会导致其中的二水相含量偏高,煅烧时间过长会导致其中的无水相含量偏高,这就需要一定的陈化时间。因此根据不同用途的脱硫建筑石膏的性能要求来进行其相组成设计,有利于煅烧设备及煅烧工艺的改进。

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