亚太公司化学结晶石膏制备α型高强石膏的试验简介

亚太公司化学结晶石膏制备α型高强石膏的试验简介

王海荣

启东亚太化工厂有限公司江苏启东226221

摘要：含硫酸根的溶液和氯化钙溶液反应形成二水硫酸钙沉淀（石膏）和可溶性氯盐这是一个自发的化学反应过程，凡是学过基础化学的人都容易理解这一反应过程；然而如果希望通过化学结晶工艺得到的石膏能成为优质的α型高强石膏的原料，则还需要考虑到除化学成分之外的诸多因素，如石膏的粒度分布、形貌（粒状、片状、针状、晶簇）以及石膏中存在的微量或痕量的有机化合物是否干扰半水石膏在水化过程中形成的二水石膏晶体的形貌等多方面因素。因此，在一个看似简单、容易理解的化学反应背后实则需要运用多学科的专业知识来调节、控制石膏的结晶过程，进而得到能够符合生产α型高强石膏要求的优质化学石膏原料。江苏一夫科技科技股份有限公司的科研人员近年来在化学石膏的结晶工艺、结晶石膏的形貌控制及粒度调节等领域作了大量且卓有成效的研发工作，从石膏理论形貌的分子动力学模拟、化学结晶石膏的预处理技术和水热法制备α型高强石膏等研发方向上都取得了预期的成果。针对亚太公司原料现状，一夫公司的科研人员也做了细致的研发工作，本文将在二、三、四等章节中作扼要的介绍。

关键词：化学；石膏；二水硫酸钙

1.溶液中结晶的二水硫酸钙的形貌及理论形貌

1.1理论形貌

图1.二水硫酸钙晶体的理论形貌

根据晶体生长的"BFDH"理论，用计算机模拟计算出二水石膏的理论形貌如图1所示，二水石膏的理论形貌呈片状。

1.2实际形貌

图2是采用亚太含硫酸根溶液与氯化钙溶液反应结晶生成的石膏的光学显微镜照片，呈片状晶体，与理论预测的石膏晶体形貌基本一致。如石膏在结晶过程中处于明显的非平衡态或pH较低的化学环境下有可能生长成更为细长的石膏晶体。

图2.亚太含硫酸根溶液与氯化钙溶液反应结晶生成的石膏的光学显微镜照片

2.二水硫酸钙粒径大小对α型高强石膏强度的影响

α型高强石膏晶体在溶液中经历了一个二水石膏溶解-α型高强石膏晶体成核、生长、在生长过程中转晶剂调节α型高强石膏晶体形貌的过程。当溶解于溶液中的二水石膏对于α-CaSO4•0.5H2O过饱和后，α型高强石膏晶体主要以“异相成核”的机制在二水硫酸钙表面成核、结晶生长。因此，在同样固含量的二水石膏的悬浮液中，二水硫酸钙的晶粒越细，比表面积越大，产生的α-CaSO4•0.5H2O晶核数量越多，最终生长出的α-CaSO4•0.5H2O粉体的粒径也就越细，过细的α-CaSO4•0.5H2O高强石膏粉体造成自身的堆积密度降低、标准稠度需水量增加，最终导致生产的α型高强石膏强度降低。

图4.2017年7月亚太公司采用一夫公司研发中心提供的结晶工艺制备的石膏的粒度分布图

表1.以亚太化学石膏为原料制备的α高强石膏试验结果

采用一夫公司研发的水热法工艺、以图3所示粒度分布的石膏原料制备α型高强石膏，由于得到的α型高强石膏成品粒度分布过细，导致成品的抗折、抗压强度均低于标准JC/T2038-2010所规定的α30等级的要求，由于强度较低，在2016年对亚太石膏进行首先试验后并未撰写测试报告。图4是2017年7月亚太公司依据一夫公司研发中心提供结晶工艺制备的二水石膏原料（样品2），试验结果表明，以样品2为原料制备出的α型高强石膏的强度能够达到甚至超过α50等级的要求。

3.影响α型高强石膏强度的因素

α型高强石膏强度受的α-CaSO4•0.5H2O晶体的长径比、粒径大小及分布、干燥温度、转晶剂种类和数量及原料所含有机杂质是否影响水化过程中二水石膏的形貌等多种因素的影响；因此，α型高强石膏的制备是一种在多因素、多水平的高维空间中寻找最佳工艺参数的过程。一般情况下，在充分掌握水热法α型高强石膏规律的基础上，对于某一具体的石膏原料来说，依然需要经过2次或多次试验才能达到最佳效果。

结束语：

制备高强度的α型高强石膏工艺优化过程必不可少，但提供粒径大于一定数值（具体大小可参考7月份提供的高强石膏试验报告）的二水石膏原料则是生产高强度α型高强石膏的可靠保证，也就是说是必要条件，只有在二水石膏原料粒径合格的基础上，通过优化多种工艺参数才能制备出力学性能优异的α型高强石膏。