石秀芹　劉月強

摘 要：綜合利用工業(yè)化學石膏、廢模石膏，經(jīng)過不同工藝煅燒與復配處理途徑，可以應用于對石膏粉品質(zhì)要求較高的陶瓷模型行業(yè)，達到節(jié)約資源與可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的要求。

關鍵詞：化學石膏；廢模再生；陶瓷模具；濕法煅燒；復配；利用

1 前言

我國石膏深加工工業(yè)的工藝裝備、產(chǎn)品應用經(jīng)過了20多年引進創(chuàng)新技術，目前已獲得了快速發(fā)展，特別在紙面石膏板、石膏膠凝材料、化學石膏應用、石膏模具、砌塊等方面有了長足進展。同時，在陶瓷模具石膏粉行業(yè)中有了新的發(fā)展，即化學石膏用于陶瓷模具石膏，提高附加值，資源綜合利用，變廢為寶；大量的陶瓷廠的石膏廢模被回收再利用。這些技術創(chuàng)新都是國家積極倡導的，符合國家政策需要的新趨勢。

2 國內(nèi)高品位天然石膏資源現(xiàn)狀

用于陶瓷模具的石膏一般要求二水石膏品位達到85%～95%，在國內(nèi)靠近陶瓷基地的石膏產(chǎn)區(qū)，該類石膏已經(jīng)基本枯竭，即使有，其價格都在200～800元/t。因此，昂貴的原料使得陶瓷模具生產(chǎn)成本升高。雖然價格攀升，但產(chǎn)品質(zhì)量仍然難以保證。

另外，部分高品位的石膏在邊遠地區(qū)，如：內(nèi)蒙、寧夏、青海等地，遠離深加工基地與用戶市場，產(chǎn)品與原材料運費占產(chǎn)品價格的30%～50%；即使靠近原材料建廠，產(chǎn)品運輸偏遠地區(qū)的也是一個嚴重的問題。

為了緩解上述情況，有些企業(yè)從泰國等周邊地區(qū)向國內(nèi)調(diào)運高品位石膏，但小于經(jīng)濟批量的價格優(yōu)勢并不明顯。

3 工業(yè)化學石膏以及廢模的現(xiàn)狀

目前，與天然石膏資源枯竭相對應的是：脫硫石膏、磷石膏、檸檬石膏等工業(yè)化學石膏，它們的品位較高，一般能達到85%～95%的要求，并且產(chǎn)量與存量巨大。價格方面化學石膏根據(jù)地域不同一般10～80元/t，有的偏遠地區(qū)，工業(yè)石膏綜合利用發(fā)展慢的區(qū)域，還可以和排放企業(yè)協(xié)商應用或運輸補貼，促進化學石膏的利用，達到節(jié)約企業(yè)用地、保護環(huán)境等目的。

其次，石膏廢模，在陶瓷工業(yè)主產(chǎn)區(qū)，如：唐山、博山、佛山、景德鎮(zhèn)、潮州、德化等地區(qū)，每年有大量的石膏模被廢棄，這些石膏廢模沒有獲得很好的利用，只有極少用于水泥行業(yè)。因此，對于化學石膏模與石膏廢模在陶瓷石膏粉中的應用已成為目前首要解決的問題。

4 工業(yè)化學石膏與石膏廢模應用于陶瓷模具粉中的技術可行性

4.1 工業(yè)化學石膏的再生應用

項目工程技術實踐表明，高品位的化學石膏，雖然雜質(zhì)含量多且復雜，但經(jīng)過處理后是可以應用于陶瓷石膏粉生產(chǎn)的。

脫硫石膏可以不經(jīng)凈化直接煅燒后應用陶瓷模具生產(chǎn)；而磷石膏、檸檬石膏，一般應經(jīng)水洗凈化，然而水洗凈化過程浪費寶貴的水資源，是不可取、不提倡的，

但是這兩類石膏可以用成熟的濕法轉(zhuǎn)化CRD（連續(xù)反應烘干）工藝，省掉了水洗凈化過程，實現(xiàn)石膏脫水結晶濃縮。既實現(xiàn)了濕法煅燒以及剔除雜質(zhì)，又大幅度提高了產(chǎn)品品質(zhì)，生產(chǎn)出超高強的ALPHA半水石膏和其他石膏粉復配，可以獲得高品質(zhì)高附加值陶瓷模具產(chǎn)品，如：塑壓、母模石膏粉等，產(chǎn)品價格達到2000～5000元/t。

脫硫石膏顆粒組成、雜質(zhì)等性能更具有濕法轉(zhuǎn)晶的優(yōu)勢。另外，在生產(chǎn)普通陶瓷滾壓、注漿模用石膏粉時，脫硫石膏是可以直接煅燒應用的。但生產(chǎn)工藝需要優(yōu)化，否則，會出現(xiàn)沉降難以攪拌、多泡多空、吸水性差、漂浮物多等現(xiàn)象。

4.2 廢模石膏再生應用

廢模石膏經(jīng)過煅燒再生工藝，獲得的再生半水石膏粉的混水比一般情況下比正常石膏粉稍高，強度低（為原來強度的30%～40%），吸水稍快。一般不能直接應用，陶瓷廠家可以根據(jù)情況與其他石膏粉摻和使用，一般摻加量為30%～60%。通過實驗，確定其產(chǎn)品的強度、使用次數(shù)、吸水性、流變性等方面的性能是否符合要求。

摻加廢?？梢源蠓档吞沾蓮S模型石膏使用成本，在陶瓷產(chǎn)品小批量定制或產(chǎn)品要求不高的情況下，很有應用價值。

4.3 廢模石膏在模具粉生產(chǎn)工藝中的注意事項

（1） 廢模再生石膏強度偏低、吸水性不適宜，一般不單獨使用。

（2） 再生石膏粉可以直接煅燒或蒸壓烘干后炒制磨粉混合成模具粉，但一般不能單獨使用。蒸壓的再生廢模石膏粉混水比要低于直接炒制的5%～10%。

（3） 直接煅燒的石膏粉混水比高于蒸壓烘干后煅燒的石膏粉，高出10%～20%，強度也低于后者。若選擇蒸壓工藝，可以適量添加轉(zhuǎn)晶劑，會獲得較低的混水比條件下的較為可觀的強度。

（4） 模具粉生產(chǎn)工藝中廢模與化學石膏、天然石膏是可以直接按比例量摻加進行加工使用，但要做嚴格的中試與產(chǎn)品試用。

（5） 用于陶瓷模具的石膏粉相組成要求較為嚴格，需對煅燒工藝進行優(yōu)化，普通常規(guī)連續(xù)煅燒工藝難以達到要求，否則達不到模型的預期使用效果，這是工藝選擇必須注意的。

（6） 普通煅燒工藝的煅燒設備可以選擇間歇式立式炒鍋、臥式回轉(zhuǎn)窯，炒鍋每次添加1～3 T，注意負荷設計；間歇式回轉(zhuǎn)窯可以每次加料2～5 T，注意需要設計快速排料系統(tǒng)。

5 陶瓷模型石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量要求

陶瓷模型石膏粉主要指標有混水比、初凝、終凝、強度等，根據(jù)石膏粉性能與用途不同以及其他指標差異，如：膨脹率、表面性能、吸水率、擴散系數(shù)、細度等方面以滿足石膏粉品質(zhì)質(zhì)量的要求。例如，一些石膏粉特殊要求。

（1） 母模石膏：對強度、韌性、膨脹系數(shù)有嚴格要求。

（2） 塑壓石膏：對透氣性、吸水性、強度、膨脹系數(shù)、耐沖擊、耐磨有要求。

（3） 滾壓石膏：對強度、耐磨性、吸水性等指標有要求。

（4） 注漿石膏：對吸水率、擴散系數(shù)、強度有要求。

常規(guī)煅燒工藝情況下，化學石膏生產(chǎn)的模型石膏主要用于普通滾壓、注漿。濕法轉(zhuǎn)化的超高強石膏與再生廢模石膏粉一般不能單獨使用，需復配使用，其中，濕法轉(zhuǎn)化的超高強石膏可以配制性能優(yōu)異的母模、塑壓、滾壓、高壓注漿石膏粉。

5.1 化學石膏生產(chǎn)的模型石膏粉的主要指標

（1） 滾壓模型石膏的指標

對于滾壓模型石膏，其性能指標為：混水比55%～57%；流徑220±5 mm；凝結時間12～20 min；強度 3.5～4.5 MPa；吸水率23%～25%；膨脹系數(shù)0.3%～0.35%；擴散系數(shù)為 0.014～0.016 cm2/s。

（2） 注漿模型石膏的指標

對于注漿模型石膏，其性能指標為：混水比60%～65%；流徑220±5mm；凝結時間12～15min；強度3.2～3.8 MPa；吸水率28%～33%；擴散系數(shù)0.015～0.025cm2/s；膨脹系數(shù)0.25%～0.26%。

（3） 廢模再生石膏的指標

對于廢模再生石膏，其性能指標為：混水比70%～75%；流徑220±5mm；凝結時間15～20min；強度1.2～1.8MPa；吸水率35%～40%；擴散系數(shù)0.025～0.028cm2/s；膨脹系數(shù)0.2%～0.25%。

（4） 廢模與化學石膏煅燒后摻和（摻加30%）的指標

對于廢模與化學石膏煅燒后摻和，其性能指標為：混水比56%～62%；流徑220±5 mm；凝結時間12～15min；強度3.0～3.5 MPa；吸水率29%～32%；擴散系數(shù)0.015～0.017 cm2/s；膨脹系數(shù)0.3%～0.32%。

（5） 化學石膏生產(chǎn)的超高強ALPHA石膏的指標

對于化學石膏生產(chǎn)的超高強ALPHA石膏的性能指標為：混水比33%～38%；流徑180±5 mm；凝結時間2～3 min；強度6～7 MPa；膨脹系數(shù)0.35%～0.45%；細度200～300目。

（6）母模石膏的指標

對于母模石膏（用超高強石膏配制）的指標為：混水比38%～40%；流徑220±5 mm；凝結時間12～15 min；強度4.5～6.0 MPa；膨脹系數(shù)0.05%～0.1%。

（7） 塑壓石膏的指標

對于塑壓石膏（用超高強石膏配制，要求吸水與透氣性好）的指標為：混水比53%～56%；流徑220±5mm；凝結時間12～15min；強度4.5～5.5 MPa；膨脹系數(shù)0.2%。

5.2 化學石膏模型粉使用注意事項

（1） 凈化或未凈化后的化學石膏，若用濕法生產(chǎn)產(chǎn)品性能基本與天然石膏無差異；未凈化的工業(yè)化學石膏直接應用因雜質(zhì)影響可能會出現(xiàn)起堿現(xiàn)象，影響表面性能、使用次數(shù)。

（2） 直接煅燒的較細化學石膏生產(chǎn)模具，因留存原始晶態(tài)，可能存在流變性差的情況，有必要改善精磨系統(tǒng)，保證級配、保證不過磨。

（3） 有些化學石膏未經(jīng)凈化存在漂浮物現(xiàn)象，甚至攪拌氣泡。漂浮物很難去除，攪拌氣泡可以用消泡劑，或采用真空攪拌來消除。

（4） 有些化學石膏生產(chǎn)陶瓷模具擴散系數(shù)偏低，通過改善煅燒工藝、磨礦工藝，甚至摻加廢模會有所緩解。

（5） 由于磷石膏、檸檬石膏含濕量大、雜質(zhì)與級配顆粒形狀特點很適合采用CRD濕法轉(zhuǎn)晶工藝。獲得的超高強石膏與其他模型石膏混合復配可以獲得品質(zhì)優(yōu)良的模型石膏。

（6） 脫硫石膏可以直接煅燒或成型蒸壓烘干后，磨粉炒制混合成陶瓷模具石膏，應用于普通滾壓或注漿。脫硫石膏若通過水洗凈化后，去除粉煤灰等雜質(zhì)，對模具粉產(chǎn)品品質(zhì)有大幅提升，可以減少漂浮物、減少攪拌氣孔等。

（7） 采用濕法脫水結晶的脫硫石膏，性能優(yōu)良，除了顏色外，其他指標與高品位天然石膏生產(chǎn)的超高強阿爾法石膏一樣，完全可以替代天然阿爾法石膏配制高附加值模型產(chǎn)品以及其他產(chǎn)品。

6 結語

化學石膏直接或經(jīng)過凈化處理后可以代替天然石膏應用于陶瓷石膏模型的生產(chǎn)，濕法煅燒轉(zhuǎn)晶CRD工藝與再生廢模石膏粉復配工藝給出了更多使用選項。

上述思路已有成熟的工程技術實踐，符合國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的產(chǎn)業(yè)政策，實現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展，達到保護環(huán)境、節(jié)約資源、提高附加值，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求，有廣闊的應用前景與顯著社會效益。