压制成型法制备高强度脱硫石膏制品的实验研究

脱硫石膏是气硬性胶凝材料之一,其在受热时石膏的矿相组成由二水硫酸钙(CaSO_4·2H_2O)转变为半水硫酸钙(CaSO_4·0.5H_2O),继续受热将转变为无水硫酸钙(CaSO_4),无水石膏与水相遇,矿相组成由无水硫酸钙(CaSO_4)转变为二水硫酸钙(CaSO_4·2H_2O),脱硫石膏是在相变过程中发挥其胶凝作用。本文开展采用热失重分析仪研究脱硫石膏的脱水特性,开展在二水硫酸钙(CaSO_4·2H_2O)失水相变过程中压制成型制备脱硫石膏制品的工艺技术研究,开展在无水硫酸钙(CaSO_4)吸水相变过程中压制成型制备脱硫石膏制品的工艺技术研究。具体实验研究内容和有关实验结果摘要如下:(1)利用热失重分析仪(TGA),在不同升温速率、不同终态温度下恒温一段时间等实验条件下,分别考察了脱硫石膏的热脱水特性。结果表明,升温速率越大,脱硫石膏结晶水开始失重和结束失重的温度越高,脱硫石膏结晶水失重速率越大;终态温度分别为80、85、90、95、100、105、110、115、120℃的条件下恒温60min时脱硫石膏结晶水的热失重特性,终态温度越高脱硫石膏结晶水开始失重的时间越长和结束失重的时间越短,终态温度越高脱硫石膏结晶水失重速率越大。终态温度是1000℃时,脱硫石膏出现三次失重,第一次失重是脱硫石膏失去自由水的缘故,第二次失重的原因是脱硫石膏失去结晶水,第三次失重是脱硫石膏中的杂质碳酸钙分解所致。(2)以原始脱硫石膏为原料,采用热压成型工艺制备高强度石膏制品。研究了在不同成型压力、成型温度和成型时间条件下脱硫石膏制品的失重率和抗压强度分布特性,并通过正交试验对工艺条件进行优化。结果表明,脱硫石膏制品的失重率整体上随成型压力、成型温度、成型时间的升高而升高;制品的抗压强度随成型压力、成型温度和成型时间的增大均呈现先升高后降低的趋势。通过脱硫石膏制品的XRD和SEM分析,可得成型温度升高,制品中的CaSO_4·2H_2O先转化为CaSO_4·0.5H_2O后转化为CaSO_4,棒柱状晶体转化为致密型纤维状晶体和多孔疏松型纤维状晶体。正交试验表明,成型温度是影响脱硫石膏制品抗压强度的关键因素;当成型条件为120℃、20MPa、30min时,脱硫石膏制品的抗压强度可达43.9MPa。(3)以脱硫石膏煅烧后的无水石膏为原料,采用常温压制成型工艺制备脱硫石膏制品。研究了在不同成型压力、成型时间和成型加水量条件下脱硫石膏制品的密度和抗压强度分布特性。结果表明,脱硫石膏制品的密度随成型压力、成型时间和成型加水量的增加而增大;制品的抗压强度随成型压力、成型时间和成型加水量的增大均呈现先升高后降低的趋势。当成型压力为20MPa、成型时间为30min、成型加水量为20%时,脱硫石膏制品的抗压强度可达51.4MPa。通过脱硫石膏制品的XRD和SEM分析可知,制品中的无水石膏转化为二水石膏,相应出现棒柱状晶体转化为致密型纤维状晶体。本文以脱硫石膏为原料开发出了新型脱硫石膏制品,所制备的石膏制品具有力学性能强、节能环保、工艺简单的特点,弥补了当前石膏制品工艺复杂、能耗较高、成本较高等不足,并为脱硫石膏的规模化利用提供了一条新思路。