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1、第三章第三章 石膏的物理化学石膏的物理化学2主要内容石膏的分类石膏及石膏制品的特性石膏品位及矿物成分计算方法石膏结晶水的测定方法熟石膏相分析石膏脱水相水化硬化机理第一节第一节 石膏的分类石膏的分类按照来源不同可分为：天然石膏工业副产石膏:烟气脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏硬石膏 Ca aSO4 二水石膏 CaSO42H2O 我国天然石膏矿组成我国天然石膏资源丰富，储量超过600亿吨。但是石膏资源分布不均匀，主要集中在山东、内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、安徽、江苏和四川等9省。而且在我国的石膏资源中高等级石膏含量并不多，仅占8%左右，其中纤维石膏约为总量的1.8%。因此，在我国的
2、大部分地区获得优质天然石膏非常不容易。工业副产石膏如果不能很好的利用，就会变成地面固体废弃物污染，增加生态环境的压力。反之，用工业副产石膏替代天然石膏使用，不仅有益于环境而且能保护日益枯竭的石膏矿资源，这对于石膏矿储量少或者石膏矿品位低的地区尤为重要。按照工业产品可分为：l建筑石膏: -CaSO4H2O，不小于60%l高强石膏: -CaSO4H2Ol浇注石膏: CaSO4l粉刷石膏: -CaSO4H2O和CaSO4l改性石膏: -CaSO4H2O按照矿物成分可分为:l二水石膏: Dihydrate (DH)l半水石膏: Hemihydrate (HH)l无水石膏: Anhydrite (A)
3、可溶性无水石膏, A 不溶性无水石膏, A和A第二节第二节 石膏及石膏制品的特性石膏及石膏制品的特性二水石膏的热稳定性石膏的多相转变特性 石膏制品的防火功能 石膏制品的干燥特点 石膏制品的呼吸性能环境影响单位石膏板砖水泥刨花板水泥墙能耗MJ35.4117296.4103.5耗水量I1.5212.4100.2030.35固体废弃物Kg0.0680.0091.5841.06气候变化Kg eq CO21.7456.25716.4410.8大气污染m310936871584.6820水污染m31.92550.43.0783.3石膏产品与其它建筑材料相比：所谓二水石膏的热稳定性，就是讨论二水石膏开始脱水
4、的最低温度，它涉及到实验室中对少量试样的烘干和生产过程制品的干燥温度。在实验室中烘干二水石膏试样可以在60下进行。生产中干燥石膏制品时，制品的温度不能超过70。二水石膏的脱水温度应该是使二水石膏脱水放出的水蒸汽分压达到1大气压时的温度。二水石膏的真正脱水温度是使二水石膏转变成 -半水石膏的温度，只有一个。二水石膏转变成 -半水石膏的各种温度是实验温度或工艺温度，而且有许多个。二水石膏的热稳定性石膏的多相转变特性二水石膏DH45干燥条件97加压水蒸气条件-半水石膏-HH-半水石膏-HH107100-可溶硬石膏-A-可溶硬石膏-A400177硬石膏A硬石膏A1180二水石膏脱水加热脱水石膏再水化水
5、二水石膏石膏制品的防火功能OHOHCaSOOHCaSO22424211212OHIIICaSOOHCaSO24242121一吨石膏制品能够析放出150kg的水分，反应进行不仅吸收大量的分解热，而且在石膏板面与火焰之间形成一道保护气膜，防止板面温度升高。这个方程完成之前，石膏板背面的温度始终低于150160。 每吨石膏制品只能析放出50kg水分，但只要二级反应还进行着，石膏板背面的温度始终低于200，这就有效保护了钢结构梁柱不会被软化而坚挺着。石膏制品的干燥特点石膏试件的软化系数与含水率石膏试件的软化系数与含水率软化系数是指材料饱和含水率（或饱和吸水率）下的强度与绝干强度之比值，每种材料只有一个
6、数值。不饱和软化系数是指某种材料在不同含水率（或吸水率）下的强度和绝干强度之比值.干燥曲线看出，含水率从30%降到5%，它的强度几乎不变。不饱和软化系数都是0.4左右。只有当含水率降到5%以下，它的强度才会明显提高，含水率从3%降至0%，强度会直线上升。因此，石膏制品的出厂含水率必须在3%以下，最好在1%以下，才能保证有足够的强度。石膏制品的呼吸性能石膏制品中存在着大量的微孔，因而具有独特的“呼吸”性能，即在温度高、湿度小时，逐渐释放出微孔中的水分；当温度低、湿度大时，能吸收空气中的水分。这种作用可在一定范围内调节室内湿度，使居住环境更舒适。石膏制品的呼吸曲线石膏制品的呼吸曲线第三节第三节 石
7、膏品位及矿物成份的计算方法石膏品位及矿物成份的计算方法石膏制品工业中CaSO42H2O的百分含量叫作品位。其它矿物都是杂质，杂质的存在会影响生产工艺，最终影响产品性能。例如高品位的矿石、破碎容易磨细难。低品位的矿石则破碎难磨细容易。品位不同，煅烧制度也不同，所以工厂里要经常测定原料石膏的品位及其它矿物成份。品位及矿物成份是根据化学分析结果来计算的，一个石膏样品的全分析包括下列内容：H2O、SO3、CaO、MgO、 R2O3、酸不溶物、CO2、K2O、Na2O等。 化学 成分原料产品H2OSO3CaO酸不溶物Fe2O3Al2O3MgOK2ONa2OCO2总量 项 目 单位 标准值1 附着水2纯度
8、3 ph值% 90584气味5细度（32m方孔筛筛余）%无味（同天然石膏） 606 限制组分 其中： 6.1 MgO6.1.1 MgO, MgO, 总量6.1.2氧化镁 MgO, 水溶 6.2 氧化钠 Na2O水溶 6.3 氧化钾 K2O 水溶% 10 1.0 0.1 0.06 0.06 6.4 氯化物 Cl- 6.5 亚硫酸钙 CaSO30.5H2O 6.6 可燃有机物ppm% 200 0.50 0.1 6.7 氧化铝 Al2O3 6.8氧化铁 Fe2O36.9 二氧化硅 SiO2% 0.3 0.15 2.5 6.10 碳酸钙和碳酸镁 CaCO3+MgCO3% 1.57 放射性 必需符合GB
9、65662010的规定。 1 1、品位的计算方法、品位的计算方法根据品位将原料石膏分成五个等级。级别CaSO42H2O（%）一级95二级8595三级7585四级6575五级5565原料石膏级别与品位原料石膏级别与品位CaSO42H2O2H2O SO3CaO 172.15 36 80.07 56.08 H2O（%） 10020.91 SO3（%） 10046.51 CaO（%） 10032.58 这种情况下，可以按任一化学成分计算二水硫酸钙的含量都是100%CaSO42H2O（%）4.78 H2O 2.15 SO3 3.07 CaO100 4.78 H2O水值 2.15 SO3 硫值 3.07
10、CaO钙值3615.17207.8015.17208.5615.17215.1723615.17207.8015.17208.56无杂质时假定原料中有杂质，杂质的化学成份中不含有H2O、SO3和CaO。 则4.78 H2O2.15 SO33.07 CaO100，因此在这种情况下，也可按H2O、SO3和CaO中的任一成份计算二水硫酸钙含量。 实际情况是原料中的许多杂质，其化学成份中往往含有H2O、SO3和CaO。例如含粘土矿物、有机物、自燃硫高的石膏矿石，测得的结晶水含量偏大；含CaSO4（）杂质的矿石，则测出的三氧化硫和氧化钙含量偏高；含有CaCO3的矿石，则测出的CaO含量偏大。所以4.78
11、 H2O2.15 SO33.07 CaO真实值。由此可见无论是天然石膏或化学石膏不管用哪一个化学成份计算的品位都是偏大，但最小值最接近真实值，应该是三者中最准确的一个，以最小值作为品位的方法叫作水、硫、钙最小值品位计算法。2 2、其它矿物成份的计算方法、其它矿物成份的计算方法80136172801）CaSO4的计算： 化学分析测出的SO3是总量，包括CaSO4和CaSO42H2O中的SO3含量，将总量减去CaSO42H2O中的SO3含量，即为CaSO4中的SO3含量：CaSO4（%） （SO3 4.78H2O）将上式右边简化即得：CaSO4（%）1.70 SO33.78H2O 2）CaCO3的
12、计算： 化学分析测出的CaO总量中，是包含了CaCO3中的CaO，也包括含了CaSO42H2O和CaSO4中的CaO，将总量减去CaSO42H2O和 CaSO4中的CaO，即为CaCO3中的CaO，知道了CaCO3中的CaO含量，就可计算出CaCO3的含量了：CaCO3（%）1.78（CaO0.33 CaSO42H2O0.41 CaSO4） CaOCaCO3 系数 1.78 0.33OHCaSOCaO242 0.414CaSOCaO CaCO3（%）1.78（CaO0.33 H2O0.70SO3）MgOMgCO33）MgCO3的计算大部分情况下，MgCO3和CaCO3形成固溶体，即以白云石Ca
13、CO3、MgCO3的形态存在，在计算矿物成份中将MgCO3作为一个独立成份： MgCO3（%）2.09 MgO 系数2.094)粘土类矿物酸不溶物R2O3R2O 脱硫石膏时需测亚硫酸钙,对应进行其他计算.样品名称样品名称A AB B技术指标要求值技术指标要求值附着水附着水% %17.2313.21 10 90 90水溶水溶NaNa2 2O ppmO ppm500200 600 600水溶水溶K K2 2O ppmO ppm150150 600 600总总MgO %MgO %0.770.75 1 1水溶水溶MgO ppmMgO ppm407121 1000 1000水溶水溶ClCl- - ppm
14、 ppm42449 200 200CaSOCaSO3 31/2H1/2H2 2O%O%0.300.11 0.50 0.50烧失量烧失量% %4.093.29酸不溶物酸不溶物% %0.881.08碳酸镁碳酸镁% %1.611.57碳酸钙和碳酸镁总量碳酸钙和碳酸镁总量1.51.5碳酸钙碳酸钙% %4.042.10氧化铁氧化铁% %0.180.18 0.15 W2这种情况的出现，表示样品已经陈化较长时间，样品中已经没有A，却有了吸附水，这种吸附水是以气体状态吸附在颗粒表面，不会引起HH的水化，含量应在0.3%以下，超过0.3%时，可能产生毛细管凝聚，出现液态水，会引起HH水化。 吸附水含量 a=22
15、1WWW 100%A=0 b.当W10, 则b=0 HH(%)=5.37(ca)易溶AS的测定易溶或不可溶的A是没有准确的界限，是人为规定的模糊说法。国外资料规定水化3天的为易溶AS，水化7天的为难溶AU。7天还不水化的为不溶AE。这样测定时间太长，似乎也没有必要。根据三相分析结果，A、HH和DH含量总和可近似计算的A总量。因此本方法规定水化1天为易溶AS，其余都算作是难溶的AU，通过计算公式得到。在测定HH后的样品W5中加入1ml蒸馏水，盖上瓶塞密封放置1天，然后在55的烘箱中烘3小时，取出冷却30分钟，称的重量为W6，根据下列反应方程得知由W5演变到W6，样品中发生变化的只有A中的AS转化
16、成DH(As)DH(A)+DH(HH)+DHo+DH(As)DH(A)+DH(HH)+DHo+AhCml3551,1，烘天放加水W5 W6-W5是A中的AS水化1天吸收2克分子水的重量，则AS的吸水率d=456WWW 100%W6根据方程CaSO4（）+2H2OCaSO42H2O，计算AS的含量 136 3613636=AS%dAS%=36136 d=3.78d不溶AU的计算计算AU的前提是必须知道来样在煅烧前的品位，一些大型纸面石膏板厂的原料车间有均化装置，原料石膏的品位通常是固定的，一些专门生产熟石膏的工厂，也需要经常测定品位，知道了品位即可近似计算AU的含量。AU=（Pf）( A+HH+DH+AS)，式中P为品位（%）、f为品位修正值f=P)100(843. 0843. 0PPP100式中0.843P的含义是假设原料中的DH全部转变成HH的量，若假设DH全部转变为无水石膏，则将0.843P改用0.791P，两者计算的结果相差很小。f随品位而变化，品位越高，f越小，品位越低，f越大，例如品位100，表示所用原料为纯二水石膏，则f=0，若品位为90，则f=1.6.若品位为80，则f=
