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α-型高强度石膏液相法生产工艺技术与应用

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强度 石膏 液相法 生产 工艺技术 应用
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2008年第4期 中国非会属矿工业导刊 总第69期【加工技术及设备】赵建华1,孙令文2,王文忠1,富利娥1(1.山东黄金集团技术开发中心石膏研究所,山东平邑 273305;2.中国非金属矿工业协会石膏专业委员会,山东平邑273305)摘要:国内口一型高强度石膏粉生产工艺现状一般是干法块状蒸压,产品性能指标不稳定。液相法生产口一型高强度石膏工艺流程先进、控制精确,其生产制得口一型石膏强度高,膨胀系数小,所制作的模型能够准确地复制细节。用液相法0【一型高强度石膏基料开发的精密铸造石膏、牙科模用石膏、黄金首饰粉、琉璃石膏,吸塑石膏等,成为航空,航天,汽车、船舶,兵器、电子等行业的高档模具材料。关键词:口一型石膏;液相法,工艺技术;开发与应用中图分类号:73,6 文献标识码:A 文章编号:1007—9386(2008)04一0037—021 前言口一型高强度石膏粉作为一种优质的胶凝材料,被广泛应用于陶瓷、精密铸造、医用、航空、船舶、汽车、塑料、建筑艺术及工艺美术等领域,制成各种模具、模型,由于其自身陛能的优越性而倍受青睐,社会需求量非常大。随着近几年经济的迅猛发展,这种需求量在不断增加,而且对口石膏粉的质量及性能要求也越来越高。特别是采用液相法生产口一型高强度石膏,其发育而成的石膏晶体特别完善,纯度特别高,使其机械性能大大提高,其干燥性能抗压强度在50~100且其制品具有强度高、硬度大、耐磨眭好、轮廓清晰、梭角突出、仿真性强等优点。用液相法口一石膏基料可以制造特种石膏粉包括精密铸造石膏、牙科模用石膏、黄金首饰铸造、琉璃铸造和吸塑石膏等。液相法0【一石膏基料开发的系列石膏因表面精密度高,精糙度小,成形性能好,所制作的模型能够准确地复制细节,使用次数多。成为航空、航天、汽车,船舶、兵器、电子等行业的高档模具材料。大大提升了我国建材行业及金属制造业产品技术水平,为我国赶超发达国家,提供有力的保证。2 国内口一型石膏生产技术现状及研究进展(1)口一型石膏生产原理。天然石膏在饱合水蒸气或溶液中,在一定压力和温度下晶体发生变化,二水石膏脱水生成含l/2结晶水的口一型石膏。(2)国内口一型石膏生产现状。目前我国生产口一型高强度石膏,采用干法蒸压脱水再细磨的方式。干法蒸压是将二水石膏在饱合水蒸气介质中加热处理,自然脱水后干燥处理,由于蒸压与脱水分二步静态进行,首先要将蒸煮好的口半水石膏进行降压、降温处理,方可取出物料,然后再进入干燥器加热干燥,这样不仅能耗大,而且经蒸煮的口半水石膏在一定压力环境条件下处于定相,可一旦通过降压、降温以及处于大量吸附水的状态下,就成为一个极不稳定相,因此半水石膏很快转化为二水石膏,为防止半水石膏水化,需马上送入干燥器,但这一阶段十分难以控制,有相当一部分半水石膏都被水化了。为最大限度地降低口半水石膏水化机率,采用二水石膏脱水与干燥在同一设备中进行,情况得到相应改善,但仍不能从根本上改变蒸压后的半水石膏水化为二水石膏的弊端。加上此工艺采用的原料是块状,二水石膏脱水十分不完全,存在部分二水石膏。由于温度不易控制、部分半水石膏被进一步脱水成无水石膏,导致最终产品是以口半水石膏为主的半水石膏与二水石膏和无水石膏的混合体,致使该工艺生产的产品性能指标不稳定。(3)国内口一型石膏液相法生产技术研究。自20世纪70年代后期至80年代中期,南京化工公司磷肥厂,上海市建筑科学研究院先后对液相法生产口半水石膏作了尝试性研究、试用,但由于该工艺对设备制作要求精密,各环节工艺参数自动化控制要求严格(需全自动化控制,人工控制误差太大),几经试用,最终也未达到理想效果。3液相法生产口一型高强度石膏工艺技术目前国内采用液相法生产口一型高强度石膏,仅有山东黄金集团旗下山东金信新型建材有限公司从德国引进~条年产4万肥技一一强艺褫一剐工脱赵建华等:口一型高强度石膏液相法生产工艺技术与应用线。该生产线于1996年投入试产成功。3.1生产工艺流程液相法生产口一型石膏生产工艺流程见图l。图1 液相法生产口一型石膏生产工艺流程3.2生产工艺介绍将品位>90%二水石膏原料破碎得到块度<8研磨成细度及颗粒分布珐。在00通过输送设备输入混合罐内将二水石膏粉与水混合成浓度l 346土509/过密度测量系统测量)的石膏料浆,石膏料浆由导热油加热系统加热升温至30~100℃,混合均匀的石膏料浆经高压料浆泵转人转晶器内,在转晶器内进一步稀释同时加入转晶剂马来酸酐,并以小幅将温度升到90~150℃。石膏料浆在压力3~6时应每隔一定时间取样在显微镜下观察,不断调整转晶剂量,控制晶体生成。当94%~99%转化为规则的口一型石膏晶体,将生成的口一型石膏浆体利用压力差从前一个转晶器转入后一个转晶器进行二次结晶。在温度110~150℃、压力3~6000—l/10000转晶剂马来酸酐的作用下进行二次结晶。当取样在显微镜下观察发现100%的转化,将二次结晶生成的口一型石膏浆体送入离心分离机分离,分离时为防止温度下降口一型石膏晶体还原,应给离心分离机通入温度40~160℃的热风。经离心分离机分离的液体由收集槽收集进入生产循环,分离的湿状口一型石膏晶体进入干燥机进一步干燥并通过输送设备输入料罐。4液相法生产口一型石膏与干法技术指标比较(1)液相法生产制得口一型石膏技术指标。细度:240目≤1%,标准稠度:28±%.2666O.75%0%。(2)干法技术生产的口一型石膏技术指标。细度:120目筛余≤1%;标准稠度:53±%.5抗折强度:12抗压强度:24结膨胀率:<2%;吸水率:30%。从以上技术指标和口一型石膏显微照片(图2)的比较可以看出:液相法生产制得口一型石膏晶体结晶特别完善,纯度特别高,使其机械性能大大提高,其干燥转化完全、规则,因而所得产品强度高、硬度大,膨胀系数小,所制作的模型能够准确地复制细节,而且使用次数多。液相法口一型石膏显微照片干法口一型石膏显微照片图2 口一型石膏显微照片5液相法生产制得口一型高强度石膏的应用液相法生产工艺最终发育而成的石膏晶体特别完善,纯度特别高,使其机枕|生能大大提高,其干燥性能抗压强度高,因而适宜开发强度要求高、硬度大、耐磨性好、仿真性强的产品。山东金信新型建材有限公司用高性能优质口一石膏基料已经开发研制成功各种特种石膏粉包括:精密铸造石膏、牙科模用石膏、黄金首饰粉、琉璃石膏、吸塑石膏等。其中精密石膏因表面精密度高,精糙度小,成形性能好,成为航空、航天、汽车、船舶、兵器、电子等行业的高档模具材料。 (下转第45页)2008年第4期 中国非金属矿工业导刊 总第69期下,具有精确而固定的直径(约3~11A),各种不同的沸石,其直径也不同,小于这个直径的物质能被其吸附,而大于这个直径的物质则被排除在外。这种现象被称为“分子筛”作用石这一性质,可应用于工业和城乡污水处理,气体、液体的分离提纯,清除江河湖海油污。4.3用作除臭剂用于保鲜、防腐、去毒、防潮、防霉(包括保护珍贵文物和古物等);城市厕所、机械化饲养场和农牧业领域的粪便污水处理和除臭(使用后的沸石还可变为固体肥料并可改良土壤)|1Ⅲ。5 结论(1)穆棱沸石矿矿石品位高,质量好,以高硅的钾一钙型斜发沸石和碱性钾型丝光沸石为主。(2)该区矿石物化性能好,且以富矿和中等品位矿石为主。以其优越的阳离子交换性能和吸附性能可广泛用于处理回收重金属离子、污水处理、处理放射性废物、海水淡化、硬水软化、工业废气净化、分子筛、除臭等方面。其中,丝光沸石岩(产于光明一半截沟、风月桥一千沟子矿段)的吸附陛能优于斜发沸石岩,两种沸石岩吸附附应用时应加以选择。(3)沸石在环保领域的应用范围广泛,且开采成本低,应尽陕提高该区沸石矿的开发利用水平,使该区成为重要的沸石矿产基地。【参考文献】【1】成都理工学院.黑龙江省沸石矿开发利用可行性研究【R】.黑龙江:大庆地质录井公司,1999:110—112.【2 龙江省穆棱沸石矿物化性能的基本特征及评价【J】.成都理工学院学报,2002,29(2):13I.【3】张寿庭,徐旃章,杨耕东,马秀华,孙树文.牡丹江东部高品级天然沸石矿的研究【J].地质科技情报,2001,20(4):65.【4】钱祖廉,蒋威。徐荣校.矿产资源战略分析——沸石【R】.地质矿产部全国地质资料局,1985:7—8.【5】郭守国,何斌.非金属矿产开发利用【M】.北京:中国地质大学出版社,199l:119一136.【6】张铨昌,杨华蕊,韩成.天然沸石离子交换性能及其应用北京:科学出版社,1986:l 73—227.[7】 A,,,et of bi—】.000,77(1):149·159.【81韩成.天然沸石用于改良土壤及提高肥效的研究概况【J】.建材地质,1994,(5):43—45.【9】张寿庭,赵鹏大,陈建平,徐旃章。郑明华.天然沸石吸附性能与阳离子组分之间的关系球化学,2001.30(5):477.【国非金属矿情报信息网.沸石【R】.非金属矿产资源开发和利用系列资料之八,1986:80 94.【收稿日期】2008—03 20(上接第38页)牙科模用石膏主要由高强口半水石膏及改性剂配制而成。该产品粉质细腻、易操作,灌注稠度适宜,快速固化,膨胀系数精确,既能准确反映原模又利于脱模,硬度高,边缘光滑,适用于口腔修复模型的复制及代模制作。研制开发的黄金铸造石膏,研究了石膏冷、热态性能的改性方法,通过对凝结时间、强度、膨胀率的改性以及高温收缩、急冷急热溃散性的改性。使研制出的产品具有在760℃焙烧和480℃急冷时无裂纹无收缩的特陛。该产品适用于纯金、取代进口产品,并且色度白、粒度细、强度大、不腐蚀铸件、复印性能优良,透气性及溃散性俱佳,完全解决了黄金首饰铸造石膏粉的关键技术问题。玻璃石膏主要利用优质高强石膏配合耐火材料和部分添加剂相混合。将预先制好的蜡模用琉璃石膏粉进行浇注,所制作的产品模型在高温下无裂纹无瑕疵,细节清晰透明,质感好,深受广大客户的喜爱。6 结论(1)以干法蒸压工艺得到的口一半水石膏,是半水石膏与二水石膏和无水石膏的混合体,产品性能指标非常不稳定,机械性能大大降低。(2)液相法生产的口一型高强度石膏,其发育而成的石膏晶体完善,纯度高,机械性能大大提高,干抗压强度50~100品具有强度高、硬度大、耐磨性好、轮廓清晰、梭角突出、仿真性强等优点。(3)采用液相法生产制得的优质口一石膏基料已经开发研制成功各种特种石膏粉包括:精密铸造石膏、牙科模用石膏、黄金首饰粉、琉璃石膏、吸塑石膏等。(4)液相法生产口一型高强度石膏工艺技术先进,填补国内产品、技术、设备空白,具有广阔的发展前景。【参考文献】【l】杨斌.水热法处理磷石膏过程研究【明:昆明理工大学,2006.【2】王超勇,陶鲜.口型半水石膏生产工艺研究及应用【J】.非金属矿,2001,(5).【3】张清.石膏型熔模精铸工艺试验【J】.机械工程师,2007,(2).【4】曹光荣,谢洪菊.石膏灌注牙模型的操作及体会【J】.中国社区医师(综合版),2005,(22).【收稿日期】2008一04—29
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