α-半水石膏技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

研究 结果表明，从结晶形态和制品强度关系来看，α半水石膏不一定就是高强石膏，结晶发育良好、呈短柱状的α半水石膏晶体是制备高强石膏材料的前提条件。因而一定温度下掺加转晶剂、常压低温溶液法、纯水法等新工艺方法的 研究 就成为高强石膏材料领域几个极为活跃的 研究 热点。

1、高强石膏晶形转化剂的 研究

守山逸郎指出，α半水石膏结晶形态和大小主要决定于相对饱和程度的大小。若温度一定，石膏的二水物与半水物溶解度一定，过饱和度为定值，要改变结晶形状和大小，只能依靠外来因素，如添加晶形转化剂，亦称转晶剂。

S.E. Edinger 研究 了外加离子HSO4－、H＋、NO3－、Na＋、Ag＋、Sr2＋、OH－等对石膏晶面生长的影响。通过阴、阳离子对不同晶面的选择性吸附，改变2种石膏的溶解度，并控制和平衡各晶面的相对生长速度，限制α半水石膏雏晶在C轴方向上的生长和晶核形成的数目。

转晶剂的作用机理尚无成熟的理论，最新的 研究 结果有杂质吸附理论、双电层理论，仲维卓等 研究 了硫酸盐晶体的结晶习性与晶体形貌之间的关系，岳文海等人首次提出了复合转晶剂在C轴方向的晶面上形成网络状“缓冲薄膜”吸附层，阻碍了结晶基元在该方向晶面上结合、生长的观点。

综合国内外文献资料，转晶剂主要有无机盐和有机酸盐(如二元羧酸盐及其衍生物、烷基芳基磺酸盐等)2大类，从对α半水石膏晶形转化效果来看，以二者复合使用效果较佳。

2、高强石膏材料制备新工艺、新方法

二水石膏只有浸泡在水溶液中，或在有一定压力的水蒸气中，才会脱水形成α半水石膏。近年来高强石膏制备工艺和方法有了一定的进展。盐水法虽然早已提出，但常压盐溶液法却是近十年发展起来的新理论，也是高强石膏材料 研究 的方向。此法将磨细的二水石膏置于盐类溶液中煮沸一定时间后，进行过滤、洗涤、干燥，不需压力容器，但工艺较为复杂。 研究 范围仍在沸点温度（104℃）以上，产物为针状晶体，最高强度为35MPa。目前仍处于实验室 研究 阶段，国内外均未见有工业化生产的报道。

吴羽法是1992年日本在水热法基础上 研究 提出的一种新工艺，它综合了添加转晶剂和晶种2方面的技术优点。

岳文海首创了在常压酸介质中处理石膏原矿制备高强石膏的方法，并取得了良好的实际应用效果。

王瑞磷等人通过工艺条件的控制和掺加外加剂，在实验室制备出抗压强度达100MPa的高强石膏材料。

岳文海等人提出了常压盐溶液法，首次在90℃左右的较低温度的盐介质中制得结晶形态良好、试体强度较高、呈短柱状的α半水石膏晶体。低温条件下高强石膏的形成机理与特性 研究 成为石膏理论中的一项前沿课题，正逐渐受到人们的重视。

用排烟脱硫石膏（亦称化学石膏）制备α半水石膏的 研究 在日本、德国较为充分，最新的 研究 资料介绍了Knauf工艺、POLCAL工艺和掺ABS法。

此外，外加剂改性和合理的级配也是制备高强石膏材料的途径之一，亦见有以碱渣和磷石膏为原料生产α半水石膏的报道以及生产工艺设备方面的 研究 报道。

第二节 产品工艺特点或流程

生产高强石膏传统工艺有两种：蒸压法和水热法；前者设备投资较小，工艺相对简单，主要用于生产干抗压强度在30MPa—40Mpa之间的、用于建筑材料和陶瓷模具，这种高强石膏强度完全可以满足建筑材料和陶瓷模具，且价格较低，市场需求量很大；而后者设备投资大，工艺复杂，主要用于生产干抗压强度在60Mpa以上的、用于牙齿模具、铸造模具等，价格高昂，用量很小。目前，国内有近百条以天然石膏为原料、采用蒸压法工艺生产高强石膏的生产线，其中大多数是建立在宁夏石膏 研究 院的技术基础上的。

用水热法生产α型半水石膏的流程是：石膏原矿→破碎→磨粉→反应釜（加水与药剂）→清洗→脱水干燥→包装。

但由于传统的蒸压法工艺是采用块状的天然石膏为原料，所以这种工艺及其蒸压设备就不能直接用于粉末状的脱硫石膏；国外对于用脱硫石膏采用蒸压法生产高强石膏时，首先要将脱硫石膏干燥和挤压成块状，然后再应用传统的蒸压法工艺；这种工艺不仅增加了干燥——压块——再湿蒸——再粉碎的两组往复无效的工艺环节，还增加了能耗。因此，国内有企业根据高强石膏的生产工艺和脱硫石膏的特点，发明了“全封闭式熟石膏粉生产工艺”（发明专利号：200610012448.0）；它与以天然石膏为原料的高强石膏生产工艺——蒸压法相比，它减去了干燥、压块、蒸压反应后的再破碎这些往复工艺过程；即减少了设备投资和工艺环节，又降低了能耗和加快了生产效率；目前，已利用这项技术和相应设备，以脱硫石膏为原料生产出了合格的高强石膏粉。“全封闭式熟石膏粉生产工艺”还具有以下特点：

1、工艺简洁，集烘干、煅烧、蒸压反应为一体。

2、同一设备能生产多种产品（建筑石膏、高强石膏、陶模石膏）。

3、无需除尘设备，洁净生产。

4、压力炒锅没有热空气排出，与其它采用蒸汽热源的熟石膏生产设备相比，可降低热耗40%--70%，从而产品成本低。

5、最低能利用100℃左右的各种热源，尤其能够有效利用蒸汽热能。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

在相同外部条件下，决定材料导热系数高低的主要因素是材料的气孔率，而材料本身物质的导热系数对于材料整体的导热系数则不是主要因素；例如，上表中玻璃微珠的主要矿物相是二氧化硅和三氧化二铝，这两种矿物的导热系数分别是11W/(m•k)和27W/(m•k)，均高于石膏的导热系数（0.2～0.28W/(m•k)）；但由于玻璃微珠的气孔率远高于充气石膏板的，因此玻璃微珠的导热系数仅是充气石膏板的17%～24%。另外，材料本身物质的强度是形成其气孔率的决定因素，材料本身物质的强度高，就可以使材料的形成较高的气孔率，从而形成较低的导热系数；反之，亦反；例如，可以制成很细的钢网，而不能制成很细的石膏网。各材料本身物质的强度与其导热系数之间的对应关系也证明了上述观点；例如，同是充气石膏板，由高强石膏生产出的充气石膏板，其导热系数就低于建筑石膏生产出的充气石膏板；这说明尽管这两种充气石膏板的本身矿物相都是石膏，但由于高强石膏的强度是建筑石膏三倍，高强石膏生产出的充气石膏板的气孔率高于建筑石膏的；因此，前者的导热系数低于后者的。

采用水热法生产出的高强石膏，其强度又远高于蒸压法生产出的高强石膏，由此可见：如果采用连续式水热法生产出的高强石膏浆液直接生产充气石膏板，不仅可以降低制粉能耗，而还会进一步提高充气石膏板的气孔率，从而进一步降低现在工艺条件下生产的充气石膏板的导热系数，用于建筑物的外墙保温，达到既不增加墙体厚度，又能达到节能60%～65%的领先指标；从而取代现在通用的建筑物外墙外保温材料——聚苯材料，克服其易老化的重大缺陷；如果这种高保温隔热的充气石膏板能开发成功，它的经济效益和社会效益将无法估量！目前，这种高保温隔热充气石膏板的 研究 工作主要是：充气石膏板连续成型设备的研发及其与连续式水热法生产出的高强石膏浆液浇注过程的衔接工艺设计，另外是高强石膏浆液的各种添加剂的选择与配比。
 

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