[发明专利]半水合硫酸钙的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理β半水合硫酸钙的方法。更具体而言，本发明涉及 减少β半水合硫酸钙需水量的后煅烧方法。

背景技术

石膏为式CaSO₄.2H₂O的二水合硫酸钙[DH]。石膏矿床存在于世界 各处并且百年来主要在建筑工业中用于结构和装饰目的。近来合成石膏 可作为化学过程的副产物或作为除去燃煤发电站烟道气中二氧化硫的副 产物而获得。使用石膏的主要商业价值是由加热时石膏能失去结合于石 膏晶体中的四分之三的水而产生的，该过程被称为煅烧，如下示反应式 中所说明。

CaSO₄.2H₂O+热→CaSO₄.¹/₂H₂O+1¹/₂H₂O

[石膏]         [半水合硫酸钙或熟石膏]

在更高的温度下进一步加热时，半水合硫酸钙将失去剩余的水分并 形成可溶的无水石膏或无水石膏III[AIII]，其具有同半水合物类似的晶 体结构并易于通过从大气中吸收水蒸气而重新转化成半水合物。半水合 物暴露于高湿度下不仅将任何可溶的无水石膏转化成半水合物，而且还 能将半水合物缓慢转化成石膏，并降低半水合熟石膏的整体反应性；这 是一种通常被称为老化熟石膏的方法。更进一步加热将导致半水合物或 可溶无水石膏转化为不溶的无水石膏形式，无水石膏II[AII]。

当半水合物[HH]形式与水在室温混合形成浆体时，半水合物溶解在 水中并重结晶为石膏，并且其在该过程中固化。在室温下半水合物比石 膏更易溶于水，这导致半水合物溶解和石膏沉淀出来。按纯物质[100％ 纯石膏]计，将100g半水合物转化成石膏仅需要18.6ml水。

已经证明存在几种方法使石膏脱水成或将其煅烧成熟石膏，并且通 过这些不同方法产生多种不同类型的半水合物。最常见的产生的半水合 硫酸钙为“β”形式，其中将石膏进行精磨，然后在高温、常压条件下 煅烧，得到快速固化半水合物。另一常见类型被称为“α”，其中脱水过 程在大于大气压的压力条件下进行。α和β型半水合物之间的主要差别 之一为与粉末状半水合物混合得到可浇注浆体所需水的量(即需水量)。 将半水合物与水充分混合之后，典型的β半水合石膏将需要75-100ml 水每100g石膏，以得到可浇注浆体。另一方面，典型的α半水合物将 仅需要28至45ml水即可得到100g熟石膏的可浇注浆体。有关α和β 半水合物之间的差别，实际上是半水合物与每摩尔CaSO₄具有0.67或 0.8摩尔水的形式之间的差别在科技文献中已有大量论述。但出于实践目 的，看来所有这些形式都具有基本相同的晶体结构。半水合物和更多水 合形式之间的差别似乎在于在平行于晶体C轴的开放通道中存在更多的 水分子。虽然α和β半水合物的粉末衍射图样之间看来存在一些较小差 别，但是最新的观点为β半水合物仅为α半水合烧石膏结构的一种受应 力更大和更无序的形式。

不囿于理论，认为α和β半水合物之间需水量的这种差异是由用以 制备半水合物的煅烧过程所造成的物理和化学效应的结合引起的。β半 水合物的煅烧产生受应力和无序的半水合物颗粒，所述颗粒在水中混合 时将破碎成更细小的颗粒。这些细小颗粒的内表面通常高度带电，这导 致这些颗粒在水中混合时其周围形成结构性双重离子层。但是，α半水 合物颗粒即使当进行精磨时也不能碎裂成所述细小颗粒，并且通常使表 面能更低，而这导致制备可浇注混合物所需的水更少——甚至在暴露于 高剪切力之后。半水合物的水混合物的流变性质取决于半水合物颗粒在 水中混合后的表面化学和颗粒大小及形状。

β石膏被用于其中需要轻质快速固化产品的应用中，而α产品被用 于其中更重要的是在固化熟石膏的铸造过程中具有更高强度和/或更优 良细部(detail)的应用中。