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硬石膏的應用現狀和研究發展前景

來源:磊鑫石膏 發布時間:2016-02-03 09:17:49 點擊次數:1771次

石膏是一種應用歷史悠久的材料,它與石灰、水泥并列為無機膠凝材料中的三大支柱。石膏制品具有生產率高、耐火、質量輕、隔音、絕熱性能好以及資源豐富等優點川。隨著石膏工業的進一步發展,世界范圍內石膏用量在逐年增加.在石膏資源開發中,主要以天然二水石膏為主,但天然石膏是不可再生資源,隨著對其消耗的不斷增加和礦產資源分布不平衡影響的加重,對硬石膏的開采和利用顯得越來越重要。我國硬石膏資源豐富,約占已探明的石膏總儲量的60%左右,主要分布在湖南、湖北、安徽、四川、江蘇、重慶、山東等地,全國硬石膏遠景儲量近300億噸,居世界前列,僅安徽含山硬石膏礦床遠景儲量就達58億噸,堪稱亞洲第一大硬石膏礦床。隨著遼寧遼陽、湖北大冶、湖南臨澄等硬石膏礦床的相繼投產,在今后一段時間硬石膏產量快速增大,因此開展硬石膏的應用研究及開發,對推動石膏工業持續發展,促進國民經濟增長,具有積極而重要的意義。

硬石膏雖具有潛在的水化活性,但通常表現為:難溶于水,水化速度較慢,凝結能力差或幾乎不凝結,不具有早期強度,因而多年來主要應用于水泥行業作水泥調凝劑和礦化劑。目前約90%的硬石膏應用于此。隨著硬石膏研究的不斷深入,硬石膏在建材領域和非建材領域都取得了一定的突破,應用范圍正在不斷拓寬。

一、硬石膏應用現狀

(1)在水泥工業中的應用

作硅酸鹽水泥緩凝劑:在水泥熟料中加入適量石膏(允許摻入S03的最大限量我國定為3.5%)能解除水泥快凝、提高水泥強度(特別是早期強度)、使水泥制品在空氣中的千縮率下降30-50%,提高水泥的抗凍性、抗化學性和安定性.作水 泥 配 料,生產硬石膏水泥、硫鋁酸鹽水泥、石膏礦渣水泥、快凝石膏礦渣水泥、石膏礬土膨脹水泥等.作水 泥 復 合礦化劑,在水泥生料中單摻或混合摻入硬石膏和螢石,燒成水泥熟料時可降低燒成溫度,即降低能耗.作為 各 種 混凝土膨脹劑、早強劑、增密或抗滲劑等原料,這在國內已逐步推廣,在國外需求量也較大。

(2)在化學工業中的應用

生產硫酸,石膏中的CaSO4在焦炭還原作用下分解為S02和CaO,前者用于制取硫酸,后者可與粘土質原料制成水泥熟料。生產硫酸銨化肥:將氨和二氧化碳通入石膏粉的懸浮液中而制得。

(3) 在農業中的用途

用二水石膏、燒石膏、硬石膏改良土壤,用于施肥,生產農藥。硬石膏代替生、熟石膏可作食用菌培養料中的鈣、硫復合礦物肥料,還可調節培養基的酸堿度,在鹽堿地、紅壤改良方面有良好效果,可使糧棉油等作物增產;用硬石膏造硫按已小試成功。在家禽、家畜飼料中還可用作復合礦物肥料添加劑,有良好的社會效益和經濟效益.

(4) 在新型建筑材料方面的應用

粉刷石膏 :武漢理工大學楊新亞等人研究的無水石膏型粉刷石膏是Ⅱ型無水石膏加激發劑及其它外加劑混合制成。這種粉刷石膏與傳統抹灰材料相比具有和易性好、粘結能力強、保水性好等優點。目前已投入批量生產成功應用在江蘇、

上海等地建筑工程中。半水一無水石膏型粉刷石膏是在半水石膏中摻入20~50%的Ⅱ型無水石膏。試驗研究表明,與半水型粉刷石膏相比,這種混合型石膏的施工性能優于半水型粉刷石膏,其成本也低于半水型粉刷石膏。

硬石膏建筑制品:江蘇省建筑科學研究院程祥平采用325#水泥和骨料,按一定比例混合,加入定量水攪拌,振壓成型,經自然養護制成非燒結硬石膏空心磚:用碎石屑和粗砂做骨料生產承重硬石膏空心磚;用膨脹珍珠巖或廢加氣混凝土等輕骨料生產非承重硬石膏空心磚。研制成的非燒結硬石膏空心磚各項性能指標均達到或超過國家有關標準。南京石膏礦的丁大武利用各種不同的生產工藝配制了硬石膏條板、砌塊(板)、硬石膏墻面或地面裝飾板、石膏礦棉板、纖維增強硬石膏壓力板(瓦),摸索出了一套較為理想的加工工藝。所生產的各種建筑制品特別是纖維增強硬石膏壓力板(瓦)的各項性能、技術指標較好,且已經有一定范圍和程度的實際生產應用。

武漢工業大學陳吉春與武鋼(集團)公司礦業公司聯合研制了紙面硬石膏板。利用G-N-M-J四元復合激發體系有效地改進了程潮鐵礦伴生的天然硬石膏的活性。

(5)在膠結材料中的應用

在一定條件下,硬石膏或鍛燒硬石膏能激發粉煤灰、礦渣等活性較低的物質,因此在利用這些固體廢物制備膠凝材料的過程中,硬石膏或鍛燒硬石青經常摻入以激發活性.鹽城工學院潘群雄研究得出:1200-1300℃下高溫鍛燒的硬石膏分解產物為活性CaO和結構松弛的無水石膏,活性CaO對粉煤灰玻璃網絡有解聚作用,結構松弛的緞燒無水石膏緩慢溶解產生的S042-離子對煤粉灰有激發作用。高溫鍛燒石裔溶解度為3.09g/l,遇水能較多地形成Ca2+和S042-,因而與礦渣混合水化在水化初期促進了早期一次水化產物水化硫鋁酸鈣的形成。根據配料及小量添加劑不同,可研制出多種用途的硬石膏膠結料,如砌筑、嵌縫用硬石膏膠結料,硬石膏粘結劑,自流平硬石膏,硬石膏、粉煤灰軟地基加固材料、地基灌注樁充填劑,礦坑支護,噴錨、井巷充填及防火墻用硬石膏膠結料等。

二、硬石膏的特點

目前,對硬石膏的研究認為,硬石膏具有以下特點:

(1)硬石膏三種形態、四種變種,a與βⅢ型硬石膏,Ⅱ型硬石膏,Ⅰ型硬石膏,Ⅱ型硬石膏也稱為可溶性無水石膏,Ⅲ型硬石膏是難溶的或不溶的無水石膏,Ⅰ型硬石膏只有在溫度高于1180℃時才能存在.當溫度升至200℃時,β型半水石膏首先轉變為Ⅲβ-CaSO4并含有比例很小的結晶水,其親水性強,在潮濕空氣中可轉變為半水石膏;溫度升至360-700℃時,Ⅲβ-CaSO4轉變為Ⅱ一CaSO4,同時形成一種很致密的穩定的結晶相。天然硬石膏屬于Ⅱ一CaSO4,具有潛在的水化活性,但其水化速率緩慢:a-半水石膏經220℃以上高溫鍛燒后,即形成不具有水化活性的a-CaSO4硬石膏。

(2)純凈的硬石膏透明、無色或白色,而硬石膏礦常因含雜質而成暗灰色,有時微帶紅色或藍色,玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤。三組解理面互相垂直。

(3)化學組成的理論質量為CaO:41.19%, S03:58.81%,屬正交品系,晶體參數為:a=0.697nm, b=0.698nm, c=0.623nm.

(4)天然硬石膏結晶良好,比二水石膏致密而堅硬,硬度為3.0-3.5,比重為2.9-3.1g/cm3,硬石膏礦層一般位于二水石膏層下面,硬石膏通常在水作用下變成二水石膏。天然硬石膏中常含有5-10%的二水石膏。硬石膏礦中CaSO4含量一般在80%以上,品質優良。

(5)硬石膏本身的膠凝性能很差,即水化硬化的速度很慢,初凝時間巧小時,終凝時間77小時以上,且強度很低。

(6)硬石膏制品容重較高,有膨脹性。

(7)硬石膏的溶解性能,一般44天方能達到溶解平衡,溶解度僅為0.26%,硫酸鈣溶解度依賴于溫度、酸度和溶液中其它物質的種類與濃度。

三、硬石膏的研究和應用前景

硬石膏膠凝性能較差是限制其開發利用的重要原因,所以尋找新型激發劑,探討硬石膏的水化激發機理是目前硬石膏研究熱點,主要表現在以下方面:

(1) 尋找新型激發劑。目前的激發劑大都采用堿性激發劑和鹽類激發劑,常使用的激發劑雖然能在一定程度上激發硬石膏活性,改變其膠凝性能,但距離工業生產要求仍然有一定的差距,在激發劑的使用上,可以考慮引入活性劑和與硬石膏結晶形態相似的物質,來促進硬石膏的溶解速率,另外由于現代測試技術的發展可以從硫酸鈣水化過程中的結構變化、無水硫酸鈣的水化相轉變、表面的定向層狀生長與溶解來探討無水硫酸的水化,使尋找新型激發劑成為可能復合激發劑的廣泛開發,可大幅度提高硬石膏的水化率和強度,使得硬石膏的膠凝性能得到較大改善,控制其初凝時間滿足工業要求。

(2) 開拓硬石膏應用領域。硬石膏不僅可以對水泥增強,還可以提高水泥漿體的流動性和硬化體的密實度,在制備快硬硫酸鋁酸鹽水泥、礦渣膨脹水泥、油井水泥、低堿水泥和各種硅酸鹽水泥等均取得較好的效果。另外硬石膏制作膨脹劑、地板石膏、抹灰石膏、模型石膏、人造大理石、硬石膏砌塊、硬石膏陶瓷和各種板材、塑料填料等獲得廣泛應用。

(3 )激發機理的研究。探討激發體系中激發物在硬石膏水化過程中起的作

用及激發機理,探索硬石膏礦中成分對激發體系的影響,研究硬石膏中各成分與激發體系的相互關系,運用此機理來指導硬石膏的應用。

 

 

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