α型高强石膏的生产工艺、性能与应用.docx

a型高强石膏的生产工艺、性能与应用董秀芹;刘孝柱;苏英【摘要】a型高强石膏是一种优质的胶凝材料，其工业生产工艺主要包括干法蒸 压法和加压液相法对比两种生产工艺和a型高强石膏产品的性能，结果表明加 压液相法生产工艺自动化程度更高，工艺条件控制更稳定，生产的a型高强石膏 微观结构形态与宏观性能更好，可应用于高档建材、精密模具等领域％As a kind of cementitious material with high quality,the industrial preparation technologies ofa-type high-strength hemihydrate gypsum mainly include dry autoclave method and pressurized aqueous method.These two preparation technologies and properties of high-strength gypsum production were compared.Results indicate that pres-surized aqueous method has higher degree of automation and more stable technical condition,thus the micro-morpholo-gy and macro-property of its production are more preferable,and the production can be used in the field of high-grade building material,precision mould,etc.期刊名称】 《建材世界》年(卷),期】 2016(037)003总页【关键词】a型高强石膏;干法蒸压法;加压液相法作 者】 董秀芹;刘孝柱;苏英【作者单位】山东金信新型建材有限公司，临沂 273305;山东黄金归来庄矿业有限公司，临沂 273305;湖北工业大学，武汉 430068【正文语种】中文作为一种优质的胶凝材料，a型高强石膏具有良好的力学性能、工作性能、环保性 能、生物性能，被广泛应用于精密铸造、高端建材、工艺美术、医疗、航空、船舶 等领域［1］。

随着经济发展，a型高强石膏需求量不断增加，对其性能要求也越来 越高高强石膏的制备工艺主要包括干法蒸压法、常压水热法和加压液相法［2］干法蒸 压法是目前我国应用最广的传统制备方法，其生产工艺条件较为成熟，但是存在对 原料品位要求高、产品质量不稳定且等级偏低等缺陷；常压水热法工艺条件温和、 生产能耗低，是一种较理想的制备工艺，但是其相关技术并不成熟，仍局限于实验 室研究，无工业化生产线；加压液相法在国外已有较大发展，产品质量稳定、等级 高，但是由于其投资大，目前在国内应用范围不广，仅被少数厂家采用该文对比分析已实现工业生产的加压液相法与传统干法蒸压法在生产工艺、产品性 能方面的差异，并介绍加压液相法生产的a型高强石膏的应用领域1.a型高强石膏生产工艺简介 加压液相法和干法蒸压法生产工艺的基本原理为：二水石膏在一定压力和温度的饱 合水蒸气或溶液介质中发生晶相转变，脱去3/2个结晶水生成含1/2个结晶水的 a型半水石膏两种工艺的基本反应原理虽然相似，但是生产工艺流程存在很大差 别，导致产品性能差异明显干法蒸压法是目前国内生产a型高强石膏的主流工艺，是将二水石膏在饱合水蒸 气介质中加压加热使其脱水，再经过干燥处理、粉磨形成合适粒度的a型高强石 膏粉。

其基本工艺流程见图1干法蒸压法工艺主要存在以下问题：1）a型半水石膏晶体形态一般为细小的针状， 致使产品比表面积较大，标稠需水量高，强度等级低；2）此工艺采用的原料是块状， 二水石膏脱水率难以保证，产品中会残留原料二水石膏；3）该工艺一般需要将蒸煮 好的a型半水石膏进行降压、降温处理，再进入干燥器加热干燥，在降压、降温 以及处于大量吸附水的状态下，a型半水石膏极易水化为二水石膏；4）由于干法生 产中温度易波动，温度较高时部分半水石膏可能会进一步脱水形成无水石膏上述问题导致干法蒸压的最终产品并不是纯度很高的a型半水石膏，而是以细针 状a型半水石膏为主，并含一定量二水石膏与无水石膏的混合物因此该工艺产 品强度等级偏低、性能不稳定山东金信新型建材有限公司引进德国的技术与设备，建成年产2万t级加压液相法 a型高强石膏生产线，其生产能力与产品质量在国内处于领先地位以其为例介绍 加压液相法基本工艺流程（图2）1） 反应料浆的制备：将二水石膏原料破碎粉磨，得到细度200目的二水石膏粉， 由输送设备输入混合罐内与水混合成一定浓度（通过密度测量系统测量）的石膏料浆， 并将石膏料浆预热至50 ~100 °C;2） 初步转晶：由高压料浆泵将上述石膏料浆打入转晶釜内，加入一定量水进一步稀 释，同时加入转晶剂，再将温度升至90 ~150 C,压力调整至4~6 MPa ,进行 初步转晶，转晶过程中每隔一定时间取样在显微镜下观察，不断调整转晶剂掺量， 控制晶体生成；3） 二次转晶：当90%以上转化为规则的a型半水石膏晶体后，将生成的a型半水 石膏浆体转移至另一转晶釜中进行二次结晶，直至石膏晶体完全转化稳定，获得a 型半水石膏料浆；4） a型高强石膏产品的制备：a型半水石膏浆体进入通有40 ~160 C热风的离心 分离机脱水，分离的液体由收集槽进入生产循环，分离的湿状a型半水石膏进入 干燥机进一步干燥，最后输送入料仓，再根据不同产品的需求进行细磨至200 ~ 300目产品。

该工艺特点是： 1)整个晶相转变过程在溶液中进行，且加入了转晶剂对晶型进行 微观调控，因此可以得到短六棱柱状的粗大a半水石膏；2)原料是经粉磨的二水 石膏粉，均匀分散在溶液中，使得反应充分，产品转化率高；3)a半水石膏料浆 在通有热风的离心机中脱水，避免了半水石膏的水化； 4)溶液介质的温度与压力 条件容易精确控制，避免半水石膏转化为无水石膏采用山东金信新型建材有限公司加压液相法生产的a型高强半水石膏粉与市售干 法蒸压法生产的高强石膏粉进行对比分析研究发现，a型半水石膏的晶体形态可能是针状、板状及双锥短柱状等多种形态， 不同结晶形态对标准稠度用水量影响十分显著，使标稠需水量在30% ~ 80%之间 波动其中细针状或纤维状结晶形态最差，标稠用水量最大，强度最低；粗大的短 柱状或近于立方晶型的结晶形态最好，标稠用水量较小，制品的密实度和强度提高 ［3，4］光学显微镜下两种工艺的高强石膏粉微观形貌对比见图3由图3可看出，加压液 相法工艺生产的高强石膏晶体形态(图3(a))为规则的短柱状晶体，晶体直径为 30-70 pm,长径比为1~3，晶体形状规则、均一性较好；而干法蒸压法生产的 高强石膏晶体形态(图3(b))为细小的针状晶体，晶体直径在5 pm以下，长径比在 10以上。

因此，从微观形貌的角度分析，加压液相法产品是符合理论要求的优质 晶型，而干法蒸压法产品是较差晶型两种工艺生产的a型半水石膏主要宏观性能对比见表1可以看出，加压液相法 生产的高强石膏宏观性能指标比传统干法蒸压法有较大提高标稠需水量由(53±2) 降至(30±2)，使得高强石膏粉在水化硬化过程中因为水分蒸发而产生的缺陷孔洞 率降低，机械性能大大提高［5］此外，加压液相法生产的高强石膏粉力学性能明 显提高，与干法蒸压法相比，其2 h湿抗折强度、2h湿抗压强度、3d干抗折强 度、3 d 干抗压强度分别提高 80%、333%、75%、133%；致密度也有一定提升， 因而其凝结膨胀率和吸水率比干法蒸压法产品变低相对于传统工艺，加压液相法生产的a型高强石膏具有更优良的机械性能与纯度， 满足了一些高端产品的需求，使其可以应用于高档建材、生物医疗、陶瓷模具、精 密铸造等领域，主要产品如下：1） 高档装饰GRG石膏粉：GRG （Glass Reinforced Gypsum玻璃纤维强化石膏） 以a型高强石膏为基料，添加专用增强玻璃纤维和水性添加剂可制成各种造型 平面板、各种功能的建筑装饰构件及各种造型雕塑浮雕制品，具有表面质感细腻、 轻质高强、绿色环保、安装方便、声学性能好、造型能力强、耐火性能好、强度高 等优点。

2） 齿科石膏粉：由a型高强石膏加入一些改性剂配制而成，产品粉质细腻、易操 作、固化快、膨胀系数精确，既能反映原模又利于脱模，硬度高、边缘光滑，适用 于口腔修复模型的复制及代模制作3） 陶瓷模具石膏粉：传统工艺一般是用树脂做陶瓷母模，由a型高强石膏粉代替 树脂，易成型、强度高、膨胀低、能精确复制原型、便于操作，用其制作的母模能 长久保存不变形4） 高温精密铸造石膏粉：高温精密铸造石膏是以石膏做胶凝材料，加入石英、方石 英、多种添加剂配制而成主要用于首饰铸造、航空航天军工企业特殊部件的铸造、 鞋模铸造、琉璃铸造、汽车轮胎模具铸造等多种领域高温精密铸造石膏要求具有 凝结时间适中、注模操作性好、铸件表面光滑、细微部分复制精确、高温下不收缩 开裂变形、溃散性好等特点，加压液相法制备的 a 型高强石膏可以满足这些要求a.通过对比现行高强石膏制备工艺中的加压液相法和干法蒸压法的生产工艺和产品 性能，结果表明：相比传统干法蒸压法，加压液相法工艺的晶相转变在含有转晶剂 的水溶液中进行，整个反应可以实时监控，稳定可调，晶体转化率高，微观形貌为 粗大的短柱状，进而降低了 a半水石膏的标稠需水量，使得产品致密度和机械性 能明显提高。

b.加压液相法生产的高强石膏品质优良，可应用于高档装饰GRG石膏、齿科石膏、 陶瓷模具石膏、精密铸造石膏等领域。