[发明专利]新型水硬性结合料的加工方法和设备及获得的水硬性结合料

说明书

本发明涉及一种加工天然硫酸钙(石膏)粉状原料或者合成原料(硫石膏、磷石膏以及其它同类副产品)、以制备一种新型水硬性结合料的方法。本发明还涉及一种可以使用所述方法的设备以及可用所述方法制备的水硬性结合料。

人们已提出一些硫酸钙加工方法，用以制备石膏，特别是制备改良石膏(有时称为α型石膏)，改良石膏一旦硬化，就具有比现有石膏更高的机械性能。加工过程中发生的一些现象人们不太了解，通常人们将机械特性的改进归功于所获得制品中的α结晶变体的存在，但人们并不确切知道变体在所述制品中的比例，也不知道能稳定和重复地获得它的条件。

改良石膏通常从石膏制成，先使石膏经过一个压热处理湿法焙烧阶段，然后经过一个干热空气流的热干燥阶段。焙烧在约5至10巴的压力下在饱和蒸汽气氛中进行约10小时。

为了弥补这种制备改良石膏的传统方法(成本极高、重复性不定)的缺陷，人们提出其它一些方法，实际上，这些方法是再现传统方法的主要条件(湿法焙烧、接着是热空气干燥)，而使用不同的装置和技术(专利文献FR2389855、FR2445940、FR2572721、US2269580、US3145980)。

本发明旨在提出一种新型加工方法，制备一种具有理想特性的新型水硬性结合料，所述新型水硬性结合料一旦硬化，就具有显著的性能，特别是耐火特性和机械强度，尤其是在完全浸没的情况下也是如此。

本发明另一个目的是提出一种可在经济的情况下使用所述方法的设备。

本发明的加工一种硫酸钙粉状原料以制备一种新型水硬性结合料的方法的特征在于，它将下述两个连续阶段结合起来：

(a)在适于使大部分粉状原料形成α型变体硫酸钙的条件下，在有水蒸汽的情况下，在基本为220℃至360℃的温度下对粉状原料进行加热，

(b)通过在压力下喷射到上述加热的原料中心的一种干冷气体，在不到15分钟的时间里使原料冷却至少150℃，对原料进行热淬。

所谓“干冷气体”是指这样一种气体，其温度低于约50℃(最好是约为20℃至30℃的环境温度或者低于此的温度)，其水蒸汽含量低于约5％(蒸汽量与气体总质量之比)，最好低于1％。

本发明方法根据下述观测进行设计：当一种硫酸钙按传统方法加工来制备“改良石膏”时，所获得的制品实际上是一种混合物，这种混合物虽然确实含有α型无水石膏，但是α型无水石膏在其中占很少一部分，而且同其它无水物(γ型无水石膏)或水合物(半水合物、双水合物等等)相混合。本发明的研究表明，这主要是两个因素：一个是焙烧问题，不但产生α型无水石膏，而且也产生其它物质，特别是焙烧后制品的变化问题，由于再水合作用而局部转化。本发明方法的基本构思是制备一种稳定的成品，其中含有的α型无水石膏按重量计的比例比现有改良石膏所含有的要高得多，为此，通过一种热淬使焙烧而成的成分结构凝固。这样，大大限制了焙烧而成的α型无水石膏随后的转化。

淬冷操作最好是使通过焙烧加热的原料在6至12分钟内达到低于100℃的温度。这可以通过干冷压缩空气进行，干冷压缩空气在一些位置喷射到移动中的原料上，对空气流量加以调节，以获得适当的冷却速度。

根据本发明一个最佳实施例，焙烧操作结束后，加热的原料大量地从一个上阶层下落到一个下阶层，通过振动呈层状向前移动；淬冷操作是这样进行的：一方面，将第一股干冷空气流喷射到从上阶层向下阶层下落的原料上，另一方面，将干冷空气流喷射到在下阶层移动中的原料层上。

用上述方法制备的新型水硬性结合料是硫酸钙的α型无水石膏和烧石膏的一种稳定混合物，其中，α型无水石膏按重量计的比例大于35％，特别是可达到40％至65％；这种混合物含有很少的γ型无水石膏或者不含γ型无水石膏。

所述混合物的成分及其高比例的α型无水石膏使得由这种结合料制成的制品具有显著的特性，特别是：

-耐火性能：符合NF P 92-507标准中规定的MO级别的可燃性标准，

-抗压强度：250至300巴，

-抗弯强度：55至70巴。

具有这些性能的一部分原因是因为α型无水石膏的可溶性以及采用这种变体而获得的更高的比表面积(约6m²/g)，使用这种结合料时，具有迅速和均匀的硬化作用。需要指出的是，在本发明结合料中加入普通填料而获得的制品在浸没在水中的情况下具有显著的机械强度，比采用公知的改良石膏所获得的类似制品的机械强度高得多。