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      廣元地區(qū)石膏礦分析及制備建筑石膏的性能評價

      2021-07-19 02:15:08李英丁唐凱靖廣東龍湖科技股份有限公司綿陽技術(shù)中心四川綿陽6000綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川綿陽6000
      綠色建筑 2021年1期
      關(guān)鍵詞:結(jié)晶水石膏礦二水

      李英丁,唐凱靖(.廣東龍湖科技股份有限公司綿陽技術(shù)中心, 四川 綿陽 6000;.綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川綿陽 6000)

      天然石膏在我國分布廣泛,主要石膏產(chǎn)地有山東、山西、湖北、四川、寧夏、甘肅等省區(qū)。天然石膏包括二水石膏 (CaSO4·2H2O)和硬石膏(CaSO4),主要是鹽湖中化學(xué)沉積作用的產(chǎn)物,常與石鹽、鉀鹽及光鹵石共生,且兩種石膏也常伴生產(chǎn)出,可互相轉(zhuǎn)化[1]。硬石膏因其活性較低,無法直接作為膠凝材料使用,可以通過外加劑進行激發(fā)生產(chǎn)石膏制品[2],也可作為膨脹組分用于混凝土或砂漿中[3]。生產(chǎn)石膏膠凝材料的最主要原料是天然二水石膏,二水石膏在不同條件下脫水可獲得不同的變體。我國主要采用回轉(zhuǎn)窯和炒鍋生產(chǎn)建筑石膏[4]。

      二水石膏含量是判斷石膏礦品位的重要技術(shù)參數(shù),對石膏礦成分進行分析是判斷石膏礦品位的主要手段。四川省廣元市石膏礦品位不高,要加以利用必須充分了解礦場各部位石膏礦的主要成分。同一礦場的石膏礦生產(chǎn)的建筑石膏質(zhì)量存在一定的波動,對建筑石膏各項性能的測試可以揭示建筑石膏性能產(chǎn)生差異的原因,并為建筑石膏的生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

      1 廣元石膏礦分析

      廣元石膏礦位于四川省廣元市利州區(qū)大石鎮(zhèn),各部位石膏礦顏色和形態(tài)有明顯的差異,可以比較容易區(qū)分二水石膏礦和硬石膏礦,但二水石膏通常與硬石膏一起伴生,因此需要針對二水石膏礦進行系統(tǒng)分析,了解各部位石膏礦結(jié)晶水含量和礦物成分。

      在石膏礦不同部位取樣 6 個,分別編號為 B、D、E、F、G、H。參照 GB/T 5484—2012《石膏化學(xué)分析方法》的規(guī)定測試石膏礦的結(jié)晶水含量,采用 XRD(X 熒光光譜儀)分析石膏礦元素含量,結(jié)果如表1 所示,并采用 XRF(X 射線衍射儀)分析石膏礦成分。

      表1 石膏礦的化學(xué)成分及結(jié)晶水含量 %

      從石膏礦形貌可以看出,不同部位的石膏礦顏色和致密度有一定的差異。樣品 B 和 D 顏色較淺、石膏晶體清晰、表面松軟。樣品 E 和 G 顏色稍深,石膏晶體依然較為清晰,表面致密度有所下降。樣品灰白色與深灰色幾乎相當(dāng),石膏晶體模糊。樣品 F 和 H 顏色較深,表面有少許石膏晶體,致密度較高。

      由表1 可知,6 種石膏礦的主要化學(xué)成分為硫酸鈣及其化合物,樣品 G 和 H 含有鎂鹽,因此這兩個石膏礦的雜質(zhì)含量偏高。二水石膏 (CaSO4·2H2O)的理論結(jié)晶水含量為20.93%。從表1 可以看出,6 個石膏礦樣品的結(jié)晶水含量均低于理論值,參照 GB/T 5483—2008《天然石膏》的規(guī)定,計算 6 種石膏礦的品位,結(jié)果如表2 所示。樣品 B、D 和 E 的品位均 > 95%,屬于特級石膏品位;樣品 G 和 H 品位 > 85%,屬于一級品位;樣品 F 品位 > 55%,屬于四級品位。

      表2 石膏礦的品位 %

      石膏礦 XRD 圖譜如圖1 所示。由圖1 可知,樣品 B、D 和 E 的主要成分均為 CaSO4·2H2O,沒有看到明顯的雜質(zhì)成分,結(jié)晶水與 XRF 測試結(jié)果一致。樣品 G 和 H 除了含有CaSO4·2H2O,還含有 MgCO3,因此結(jié)晶水含量下降,品位降低。樣品 F 主要成分為 CaSO4,還含有 CaSO4·2H2O,因此結(jié)晶水含量最低。

      圖1 石膏礦 XRD 圖譜

      2 廣元石膏礦制備建筑石膏的研究

      廣元當(dāng)?shù)匾唤ㄖ嗌a(chǎn)企業(yè)利用該石膏礦(未預(yù)先進行選礦),采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)建筑石膏。在石膏煅燒生產(chǎn)線出料口每隔 4 h 取樣 1 次,連續(xù)取樣 6 個,分別編號為 2~7號。按照 GB/T 17669.2—1999《建筑石膏結(jié)晶水含量的測定》測試石膏的結(jié)晶水含量,按照 GB/T 17669.4—1999《建筑石膏凈漿物理性能的測定》測試石膏的標(biāo)稠、初凝時間和終凝時間,按照 GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力學(xué)性能的測定》測試石膏的 2 h 抗折強度和抗壓強度,按照GB/T 36141—2018《建筑石膏相組成分析方法》測試石膏的附著水和 Ⅲ 型無水石膏含量。測試結(jié)果如表3 所示。

      表3 建筑石膏基本性能

      從表3 可以看出,2~5 號樣品標(biāo)稠較高,終凝時間超出標(biāo)準(zhǔn)要求,主要原因之一為含有大量的 Ⅲ 型無水石膏。6號和 7 號樣品的標(biāo)稠較低,低于正常建筑石膏的標(biāo)稠水平。6 種樣品 2 h 抗折強度和 2 h 抗壓強度均偏低。

      因結(jié)晶水含量測試過程中未考慮 Ⅲ 型無水石膏含量,因此剔除 Ⅲ 型無水石膏含量后重新計算 2~5 號修正后的結(jié)晶水含量,結(jié)果如表4 所示。CaSO4·0.5 H2O 的理論結(jié)晶水含量為 6.21%,2~5 號建筑石膏修正后的結(jié)晶水含量均高于理論結(jié)晶水含量,因此可以判斷建筑石膏中含有未脫水完全的 CaSO4·2H2O??赡苁鞘囔褵^程中進料過快,導(dǎo)致受熱不均勻,部分物料溫度過高生成了 Ⅲ 型無水石膏,而部分物料欠燒,還有未脫水的二水石膏存在。

      表4 建筑石膏修正后的結(jié)晶水含量 %

      建筑石膏 XRD 圖譜如圖2 所示。由圖2 可知,2~5 號建筑石膏含有 CaSO4·0.5 H2O, 還含有 CaSO4。6 號和 7 號以 CaSO4和 CaSO4·0.5 H2O為主,且結(jié)晶水含量明顯低于理論值,因此可以判斷煅燒用石膏礦結(jié)晶水含量不高,含有大量 CaSO4所致。

      圖2 建筑石膏 XRD 圖譜

      綜合上述測試結(jié)果,建筑石膏生產(chǎn)用石膏礦的篩選對生產(chǎn)的建筑石膏質(zhì)量有重要的影響。石膏煅燒過程中進料與溫度控制影響物料平衡,也是影響建筑石膏質(zhì)量的重要因素。

      3 結(jié) 語

      (1)廣元石膏礦的品位參差不齊,二水石膏礦中伴生硬石膏礦,從對成分和結(jié)晶水含量的分析可以發(fā)現(xiàn),有些可達(dá)到特級,有些僅達(dá)到四級。

      (2)石膏煅燒物料平衡是影響建筑石膏礦物組成的重要因素。當(dāng)溫度過高、受熱不均勻時生產(chǎn)的建筑石膏中 Ⅲ型無水石膏和 CaSO4·2 H2O 的存在影響建筑石膏的品質(zhì)。

      (3)生產(chǎn)建筑石膏用的石膏礦需要進行篩選。石膏礦中硬石膏含量較高時,會導(dǎo)致生產(chǎn)的建筑石膏標(biāo)稠偏低和抗折/抗壓強度均偏低。

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