制造纸面石膏板用人造石膏的特性表征

作者：P.J.Henkels（USG联合体研究中心）

J.C.Gaynor（美国石膏公司）

译者：沈荣熹（中国建筑材料科学研究总院）

关键词：FGD人造石膏，纸面石膏板，测试方法

1前言

美国石膏联合体（USGC）曾制定对人造石膏的化学与物理特性有所规定的标准与规范，用以预断所使用的某种人造石膏是否适合于制造纸面石膏板。这些规范中的部分内容是根据以往使用天然石膏与人造石膏所取得的经验而确定的。北美的大多数纸面石膏板制造商也同样根据所积累的经验而各自制定人造石膏的规范。不同纸面石膏板制造商所制定的此种规范，既有相似处，也有不同处。

本文将着重讨论在FGD石膏（即烟气脱硫石膏）规范中所选择的参数的重要性。在绝大多数情况下，这些参数也同样适合于其它人造石膏与天然石膏。

表1中列出USG联合体的FGD石膏的通用规范和德国石膏协会的FGD石膏规范。这两个规范并未包含对纸面石膏板制造商至关重要的对FGD石膏所有性能的要求，只能作为纸面石膏板制造商与人造石膏供应商之间商洽人造石膏供货合同的最初依据。USG联合体与人造石膏供应商之间的人造石膏品质协议是按照各种原料的来源而分别拟定的，主要取决于纸面石膏板制造厂使用人造石膏的方法、人造石膏的种类以及供应商的供货能力。

2石膏特性的表征

2.1石膏纯度

石膏（CaSO4·2H2O)纯度显然是一个重要的性能指标，也是制造纸面石膏板的关键所在。天然石膏的纯度变化很大，通常处于80%-90%范围内。制造商希望使用高纯度的石膏，因可制得重量较小的纸面石膏板。一般情况下，人造石膏的纯度较之天然石膏更能符合制造纸面石膏板的要求。通常石膏板制造商均可由供应商处获得高纯度的人造石膏。因此，高纯度的人造石膏可增大其价值。

人造石膏与天然石膏中所含有的不纯物对所生产的石膏板的质量是相当有害的。高纯度显然可减少这些不纯物对石膏板质量的影响。

石膏的纯度可用几种方法来检测，包括差示扫描量热/热重量法（DSC/TGA）、X光萤光光度法（XRF）以及SO3分析法。

2.2游离水

副产品制造商所供给的很多人造石膏是湿饼状的，此种湿饼的游离水或表面水的含量一般在6%-25%范围内。天然石膏的游离水含量变化范围为0-3%。多数情况下，制造纸面石膏板所用与天然石膏相混合的人造石膏的掺量主要取决于天然石膏烘干系统的热容量。人造石膏的游离水含量越高，则其掺量也相应减少，因而游离水含量高的人造石膏的利用价值较低。

通常石膏板制造商在使用人造石膏前应与供应商签订供货协议，协议中应规定人造石膏的游离水含量。若所供给的人造石膏的游离水实际含量显著高于合同中的规定值，则纸面石膏板的产量将受到影响。这主要是由于热干燥受到限制，并引起生产中的一些麻烦。含水量高的石膏有较大的粘附性，易在运输带上逐渐积聚。

天然石膏与人造石膏的游离水含量可用简易的烘干失重法来测定（按ASTMC)。此外，也可用热与含水量的平衡法。

2.3不纯物

不纯物的类别与含量对评估人造石膏与天然石膏的使用有极大影响。在FGD石膏的规范中列出其主要的不纯物。以下分别讨论所列举的不纯物：

（1)残余的碳酸盐

在很多人造石膏中，未反应的石灰石（Ca/MgCO3)是主要的不纯物。石灰石也是天然石膏中普遍存在的不纯物。好在石灰石在石膏板反应过程中始终保持其化学惰性。但是石灰石的硬度为3-4莫氏值，高于石膏的硬度（1.6-2莫氏值)，当石灰石含量较高时会加剧对石膏板生产设备的磨损。

石灰石含量的测定可用钙与镁氧化物的XRF分析法并结合用库仑电量滴定法测二氧化碳的含量。另外，也可用DSC扫描法测二氧化碳的含量。

（2)粉煤灰

由于使用不同来源的燃料（例如，不同品种的燃煤)，因化学变动性大会影响FGD石膏中粉煤灰的含量。粉煤灰可影响纸面石膏板制造过程中护面纸与石膏芯材的粘结。粉煤灰的化学成分也可使纸面石膏板在结硬过程中出现问题。粉煤灰中存在的氧化硅与铁还会增加对生产设备的磨损。

尚应引起重视的是粉煤灰中微量元素的含量，因为这涉及到工业卫生方面的问题。下面还将讨论微量元素及其分析方法。

用扫描电子显微镜可容易地检测粉煤灰，通过图像分析可估算石膏中粉煤灰的含量。用烟气脱硫装置与灰尘收集系统的质量平衡法也可计算出FGD石膏中粉煤灰的含量。图1为一FGD石膏样品中粉煤灰不纯物的扫描电子显微镜照相。

(3)氧化硅(SiO2)

根据工业卫生观点和矿物加工的反应过程，氧化硅是应予重视的不纯物。氧化硅普遍存在于天然石膏与人造石膏中，它可以是黏土与粉煤灰的部分组成物，或者是夹杂的石英。

当石膏中存在含量较高的可被吸入的粒径为0-4μm的氧化硅时，就有可能存在工业卫生方面的问题。

晶态的氧化硅或石英是一种非常硬的物质，莫氏硬度值为7，即使其在石膏中的含量较低（1%-2%）也会导致石膏板加工设备的加速磨损。

无定形氧化硅也包含在多种黏土中。黏土对石膏形成流动性料浆的需水量有负面影响，因而在石膏板结硬过程中为除去多余水分所需的热耗量会增高。

氧化硅可用XRF法作定量检测。X光衍射分析可用以鉴别氧化硅是晶态还是无定形态。此外，美国材料试验协会所编制的ASTMC-可用湿化学法测定氧化硅与其他不溶性物质。

(4)亚硫酸钙（CaSO3·1/2H2O）

烟气脱硫系统可设计成产生非氧化的石膏或亚硫酸钙而不产生二水硫酸钙。此种材料常被填埋。对烟气脱硫石膏形成系统中的亚硫酸钙应引起极大







































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