柠檬酸化学石膏生产半水石膏

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1、柠檬酸化学石膏生产半水石膏的研制崔崇南京理工大学材料科学与工程系材料改性技术一、前言建筑石膏由于具有诸多的优良性能，因而在建筑中的应用很广泛。除了用作水泥的缓凝剂、石膏胶结料、石膏粉刷材料，还可制成各种石膏建筑制品，如：纸面石膏板、纤维石膏板、石膏木屑板、矿渣板、石膏砌块、石膏装饰板等。目前市场上销售的半水石膏（建筑石膏）均是天然石膏径煅烧脱水、粉磨制成，利用化学石膏生产建筑石膏具有生产成本低、加工简单、还可处理污染，具有较好的经济效益和社会效益。在生产柠檬酸过程中，以红薯干为原科，经发酵生成柠檬酸发酵液，然后加入石灰石(CaC03)中和得柠核酸钙沉淀，再加入硫酸酸解，提取柠檬

2、酸后留下的废渣即为柠檬石膏，其酸解过程的反应式如下：Ca3（C4H5O7）2·4H20十3H2SO4—→2C4H8O7H20十3CaSO4.2H2O一个中型的柠檬酸厂每年大约要排出5万吨的化学石膏，对环境造成较大污染，对该化工石膏进行脱水处理研究，制备出高强度建筑石膏有重要环保意义。二．无锡化学石膏的基本性质1．细度：将石膏粉干燥，称取50g干样在水泥负压筛（0.08mm孔、180目），测的筛余为4%，从测试细度结果表明，无锡化学石膏非常细，超过国家标准0.2mm的指标（见建筑石膏技术要求表1），化学石膏不需要粉磨处理。2．含水率：将物料干燥，在60℃烘48小时，游离含水率为2

3、3.75%。在170℃烘5小时结晶水脱水率为21.95%。干燥、脱水合计总脱水率为40.75%。3．化学成分：4．无锡化学石膏物相分析将化学石膏干燥和不同脱水方式，并进行X-RAY对原料进行物相定性分析，其结果见下表3和图一。表3原料处理方法及X--RAY衍射物相图1、不同脱水方式X-RAY衍射图谱0#样图1、不同脱水方式X-RAY衍射图谱1#图1、不同脱水方式X-RAY衍射图谱2#图1、不同脱水方式X-RAY衍射图谱3#X-RAY衍射分析表3和图一的实验结果分析表明，0#原为空白对比样，但物相分析为半水石膏，产生半水石膏的原因可能与化学石膏过细有关，由于颗料细小，在干燥烘过程

4、中一旦自由水跑掉，物料很容易过加热，因而迅速进行了化学石膏的脱结晶水的过程，出现了半水石膏。在测物料含水率时将化学石膏放在60℃的条件下干燥，此时脱去23.75%的自由水，若继续加温又脱去21.95%，这个实验也说明柠檬酸化学石膏主要矿物是二水石膏，并且纯度很高。在上述几种干燥条件下表现出柠檬酸石膏很容易脱水,并有部分出现硬石膏,说明该石膏对温度敏感。三．石膏烘干、脱水方式1．石膏(游离水)烘干：采用两种烘干方法：第一种方法，将化学石膏放入铁锅中在1KW电炉上，直接加热炒制干燥脱去自由水，每次加料约1.2~1.5kg的湿料，炒制30~40分钟、干燥标准以物料的湿结团基本上消失、

5、物料已无大量的湿气冒出。第二种方法将湿料放入唐瓷平盘中，均匀推平厚度约2厘米，放入电热烘箱中，在60℃条件下烘24小时，应每隔一个小时将烘箱的门打开10分钟以便利水蒸气放出。2．石膏(结晶水)脱水方法：第一种方法，直接放在铁锅中在电炉上烘干，脱水一步完成，湿样烘干后（观察判断），再继续炒制10~15分钟。第二种方法：先在烘箱中60℃烘24小时，然后升温，并计录升温的过程，测物料升温和烘箱内环境的温度并做升温曲线，见图1。图2、石膏加热脱水曲线■--■石膏加热温度曲线◆--◆环境温度曲线第三种方法：先在电炉上炒制干燥脱去游离水，然后再放入烘箱中，升温加热，记录物料升温过程和烘箱内

6、的环境温度，并做升温曲线，见图3。从图2、图3对比可发现两种脱水方式，物料的脱水温度曲线有较大的差异。第二种脱水方式见图2，根据石膏升温脱水（■--■）曲线随时间的变化走向可分为三个阶段物料，0—43分钟阶这段期间物料升温曲线呈线性，物料失去自由水，温度达到120度时，虽然环境温度（◆--◆）曲线还在升高，但是物料的温度开始下降，温度曲线出现向下和水平的变化趋势，因此可以推断此时石膏的结构已开始脱水，脱水是一个吸热过程，因而物料温度开始下降，结晶水脱去带走热量，曲线出现一个低谷，脱水时间约为50分钟左右，加热时间达到95分钟物料又开始升温。图3、石膏加热脱水曲线◆-◆石膏加热温

7、度曲线▲-▲环境温度曲线图2曲线是第二种脱水方式一个最基本规律。第三种脱水方式见图3，◆-◆是物料的温升曲线，▲-▲是烘箱内环境温度曲线由于物料已在电炉上炒制干燥后再放入烘箱中再进行升温脱结晶水。物料的温升曲线◆-◆可分为三个阶段，80分钟以前曲线段为线性升温段，在80—100分段也出现了一个小的温度下降阶段的波谷，100分钟以后曲线段为线性升温段。从曲线整体上升过程中看80—100分钟波谷曲线段为石膏脱水段所产的效应，但波谷阶段时间较短仅为20分钟左右，这也说明了在炒制烘干过程中也伴随着石