CN101563303B - 半水合硫酸钙的处理方法 - Google Patents

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Abstract

公开了处理β半水合硫酸钙的方法。该方法包括使β半水合硫酸钙暴露于大气压以上的压力的蒸汽中。

Description

半水合硫酸钙的处理方法
技术领域
本发明涉及处理β半水合硫酸钙的方法。更具体而言，本发明涉及减少β半水合硫酸钙需水量的后煅烧方法。
背景技术
石膏为式CaSO4.2H2O的二水合硫酸钙[DH]。石膏矿床存在于世界各处并且百年来主要在建筑工业中用于结构和装饰目的。近来合成石膏可作为化学过程的副产物或作为除去燃煤发电站烟道气中二氧化硫的副产物而获得。使用石膏的主要商业价值是由加热时石膏能失去结合于石膏晶体中的四分之三的水而产生的，该过程被称为煅烧，如下示反应式中所说明。
CaSO4.2H2O+热→CaSO4.1/2H2O+11/2H2O
[石膏]         [半水合硫酸钙或熟石膏]
在更高的温度下进一步加热时，半水合硫酸钙将失去剩余的水分并形成可溶的无水石膏或无水石膏III[AIII]，其具有同半水合物类似的晶体结构并易于通过从大气中吸收水蒸气而重新转化成半水合物。半水合物暴露于高湿度下不仅将任何可溶的无水石膏转化成半水合物，而且还能将半水合物缓慢转化成石膏，并降低半水合熟石膏的整体反应性；这是一种通常被称为老化熟石膏的方法。更进一步加热将导致半水合物或可溶无水石膏转化为不溶的无水石膏形式，无水石膏II[AII]。
当半水合物[HH]形式与水在室温混合形成浆体时，半水合物溶解在水中并重结晶为石膏，并且其在该过程中固化。在室温下半水合物比石膏更易溶于水，这导致半水合物溶解和石膏沉淀出来。按纯物质[100％纯石膏]计，将100g半水合物转化成石膏仅需要18.6ml水。
已经证明存在几种方法使石膏脱水成或将其煅烧成熟石膏，并且通过这些不同方法产生多种不同类型的半水合物。最常见的产生的半水合硫酸钙为“β”形式，其中将石膏进行精磨，然后在高温、常压条件下煅烧，得到快速固化半水合物。另一常见类型被称为“α”，其中脱水过程在大于大气压的压力条件下进行。α和β型半水合物之间的主要差别之一为与粉末状半水合物混合得到可浇注浆体所需水的量(即需水量)。将半水合物与水充分混合之后，典型的β半水合石膏将需要75-100ml水每100g石膏，以得到可浇注浆体。另一方面，典型的α半水合物将仅需要28至45ml水即可得到100g熟石膏的可浇注浆体。有关α和β半水合物之间的差别，实际上是半水合物与每摩尔CaSO4具有0.67或0.8摩尔水的形式之间的差别在科技文献中已有大量论述。但出于实践目的，看来所有这些形式都具有基本相同的晶体结构。半水合物和更多水合形式之间的差别似乎在于在平行于晶体C轴的开放通道中存在更多的水分子。虽然α和β半水合物的粉末衍射图样之间看来存在一些较小差别，但是最新的观点为β半水合物仅为α半水合烧石膏结构的一种受应力更大和更无序的形式。
不囿于理论，认为α和β半水合物之间需水量的这种差异是由用以制备半水合物的煅烧过程所造成的物理和化学效应的结合引起的。β半水合物的煅烧产生受应力和无序的半水合物颗粒，所述颗粒在水中混合时将破碎成更细小的颗粒。这些细小颗粒的内表面通常高度带电，这导致这些颗粒在水中混合时其周围形成结构性双重离子层。但是，α半水合物颗粒即使当进行精磨时也不能碎裂成所述细小颗粒，并且通常使表面能更低，而这导致制备可浇注混合物所需的水更少——甚至在暴露于高剪切力之后。半水合物的水混合物的流变性质取决于半水合物颗粒在水中混合后的表面化学和颗粒大小及形状。
β石膏被用于其中需要轻质快速固化产品的应用中，而α产品被用于其中更重要的是在固化熟石膏的铸造过程中具有更高强度和/或更优良细部(detail)的应用中。
不论使用α还是β半水合物，向粉末中添加比水合作用化学所需更多的水以得到可浇注浆体。在大多数情况下，这部分额外的水必须通过干燥过程除去，而所述干燥过程为非常能源密集的并且昂贵。因此，在所述情况下使用较低需水量的熟石膏的优点是能节省干燥费用。使用β半水合熟石膏时尤为如此，因为与该熟石膏混合的水比使半水合物水合成石膏所需的水多得多。例如，由快速固化β熟石膏制成的典型的1/2英寸(12.5mm)厚度石膏板需要从每平方米板中干燥约3.6至4kg水，而如果所述石膏板可由α半水合物制成，则仅需干燥掉所述水量的约一半。但是，低需水量的α石膏具有不同的固化性质，这使得它们对于某些应用而言不可用。α半水合物的所述固化性质太慢以至对于现代石膏板行业而言在商业上不可行。
已尝试使用化学试剂例如分散剂[萘磺酸盐[NS]、木素磺酸盐、三聚氰胺树脂等]以改进悬浮液中半水合物颗粒的表面性能并由此降低制备可浇注浆体所需水的量来减少这些干燥器的蒸发性负载。但所述化学试剂相当昂贵并且它们的效力有限，从而实际可降低的需水量在大多数情况下不多于15％。这些化合物在石膏和水泥工业中也通常被称为减水剂或超塑化剂。
存在两种制备低需水量的α熟石膏的常见商业方法：一种“干”法，其中块状石膏岩在高温高压下、通过在封闭容器中直接蒸汽而煅烧；和一种“湿”法，其中将石膏在水中浆化并在高温高压下于浆体中煅烧，得到在使用前需要被过滤并干燥的半水合物。注意，湿法和干法的原料均为石膏，在湿法的情况下为块状形式石膏，在干法情况下为在高压釜中悬浮于水中的细分散的石膏粉。
还存在几种制备β熟石膏的不同技术，实例有烘箱中的简单开口托盘、转窖、通常使用的以分批或连续模式运行的釜式法(kettle process)(如图2中所示例说明)，或者快速煅烧技术，其中使石膏暴露于高温气体下一段较短的时间从而除去石膏中结合的结晶水。由所述不同方法产生的石膏特征可能彼此很不相同，这不仅是由于所使用的煅烧设备不同，还由于煅烧过程中所应用的工艺参数不同。但是，通常，所有这些方法在所有条件下均生成需水量高于α半水合物方法的需水量的半水合熟石膏。
产生α或β熟石膏的理想煅烧将导致石膏完全转化为半水合物。但是实际上，会产生其它物质：残留的未煅烧石膏、可溶的无水石膏、不可溶的无水石膏、或者可能甚至是氧化钙。
工业上公知的是，如果过度煅烧熟石膏从而产生一些不可溶的无水石膏，则可降低所生成熟石膏的可浇注性需水量。这是因为一些石膏已经转化成惰性无水石膏形式并且不可再有效固化，并且作为一种对半水合物的表面处理行为可防止其在混合时分解。该实践所具有的缺点为限制所得浆体的固化特征和降低固化浆体的强度发展特性。
类似地，已描述了其中以与早前描述的天然老化方法类似的方式对β石膏进行处理来降低需水量的不同方法。Flood的美国专利3,898,316描述了通过在连续煅烧中添加可溶性盐从而降低需水量的干燥化(aridization)方法。Kinkade的美国专利3,415,910描述了通过将石膏煅烧成半水合物然后将其重新湿润并在釜中再次加热从而得到低需水量石膏的两步法。Zaskalicky的美国专利4,533,528描述了对湿法合成的石膏或化学副产物石膏所进行的连续煅烧，由于当被添加至釜中时石膏为湿的而得到较低需水量的β石膏。Stone的美国专利4,238,445和O′Neill的4,201,595两者均描述了通过用少量液态水处理熟石膏并进行研磨以得到需水量减少的熟石膏的方法，虽然所述熟石膏在固化时发展强度的能力具有一些显著降低。此外，如果由这些方法得到的熟石膏不能立即使用，则需要对其进行干燥以避免熟石膏具有不可预知的固化性能。Bounini的美国专利4,360,386也描述了一种其中用一种增溶剂的水溶液喷洒熟石膏同时进行研磨以得到低需水量熟石膏的方法。近来Bold的美国专利申请公开文本2005/0152827描述了一种其中包括用75至99℃的水和/或蒸汽处理β熟石膏、接着固化和干燥的多步法。通常，水喷雾/固化/干燥方法导致剩余石膏含量增加从而使经处理的石膏含有3-7％的二水合物。
通过所述方法可以降低大约15-30％的需水量，但是以一种形式或另一种形式实施所有这些受迫老化方法均成本较高。在干燥化的情况下，需要向熟石膏中添加可溶性盐，这限制了其用于石膏板应用中的用途并导致熟石膏应用中的设备腐蚀问题。存在几种基本不同的湿润、固化和干燥方式的处理方法。通常地，这些方法限制了生产率并需要大量资本投资。此外，如Bold最近所描述的，两个主要关注点是非预期再水合，其产生二水合物，该二水合物在熟石膏浆中起晶种作用；以及在设备中的累积或测量。二水合物的形成可导致固化混合物的早期硬化，并且经老化的熟石膏缓慢溶解从而导致最终固化延长。该类型浆体的整体固化性能使得其非常难于在快速生产方法中使用。由于所述问题，β熟石膏的后煅烧处理具有有限的应用，尤其是在制备石膏板的过程中。干燥化是工业石膏所通常使用的，但是工业上受欢迎的是其中无需添加可溶性盐而得到低需水量熟石膏的方法。
对许多所述β熟石膏应用来说似乎α熟石膏更理想，但是α半水合物的制备成本高得多并且难于实施。此外，α熟石膏的性能使得它们极不易于进行这样的处理，其中半水合物浆体必须极快速地固化从而得到低密度、轻质产物，例如石膏板。
如果应用需要一种介于典型的α和β熟石膏之间的半水合熟石膏中间体，则提供该产物的常规方式是建造两套生产设备——一套用于生产α，一个用于生产β，连同一个混合设备一起，来生产介于所述两种类型物质之间的熟石膏中间体。Cox的美国专利6,964,704描述了通过将石膏压制成块然后在高压釜中煅烧从而得到性能居间的物质的方法。
石膏工业用于测量半水合熟石膏固化性能的方法之一为测量由半水合物水合成为石膏放热所产生的升温曲线。不同的公司有不同的程序/技术来监测该性能。在制备石膏板过程中，通常希望固化过程缓慢开始从而使纸面衬里被浆体湿润，但是快速结束从而使水合过程在石膏板进入干燥器之前尽可能地完全。一种常用技术为确定水合曲线的最大斜率(℃每分钟)，优选性能为在混合之后立即出现极低斜率，并且最大斜率在整个水合过程中出现极晚。在此情况下，半水合板灰泥(stucco)固化极快并几乎一直持续至水合时间的最末段。这通常与最终浆体的改进强度性能有关。通过这种测量，β熟石膏工作情况极好，得到如图1所示例的固化曲线。但是，由于更低的需水量和更低的混合热容，典型的α熟石膏将具有更大的总体温度升高，但是接近水合末段的总体固化过程极慢，需要很长时间才能完成。
其它的石膏熟石膏应用需要不同的固化性能。粉刷石膏需要比通常用于板石膏的更大的强度，但是需要由β熟石膏所显示而不是由α熟石膏所显示的“稠度(body)”。模塑石膏(molding plaster)需要提供精确的细部再生的能力和良好的强度性能，以及受良好控制的膨胀/收缩性能。固化控制(set control)和晶体习性改变剂可用于改进石膏熟石膏的性能从而对所需性能进行微调，但是通常起始点为α熟石膏、β熟石膏或两者的掺合物。
最常用以控制半水合物固化过程的添加剂为粉碎的石膏加速剂(gypsum accelerator)，其能有效地用作提供更大的石膏表面积以便溶解的钙离子和硫酸根离子结晶于其上的晶种。可通过几种方法制得多种形式的粉碎的石膏加速剂，以便使石膏晶体表面的活性最大化或稳定。还存在另一种类型的加速剂，通常称为化学加速剂，其使溶解半水合物并将钙离子与硫酸根离子输送到正在生长的石膏晶体上的化学过程更快地发生。典型的化学加速剂为硫酸钾和硫酸铝，或其它可溶的硫酸盐，或硫酸。提高半水合物的离子强度或溶解度使其高于石膏的值的化学试剂也为化学加速剂。
还有几种可延迟水合过程速率的化学试剂。这些物质为可干扰钙离子化学活性的常规螯合剂，或为干扰半水合物溶解的化学试剂，或为阻碍石膏晶体表面接受可溶性钙离子和硫酸根离子的化学试剂。典型的市售阻滞剂为二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、柠檬酸、酒石酸和水解的角蛋白；但是许多吸附于石膏晶体表面上的化合物将延迟半水合物的固化过程。例如，木素磺酸盐中发现的糖、聚丙烯酸和多磷酸盐，虽然它们可因为另一个原因例如作为分散剂而加入固化的半水合物浆体中，但是均为有效的阻滞剂。
发明内容
在一个宽泛的方面中，提供一种处理β半水合硫酸钙的方法。该方法包括使β半水合硫酸钙暴露于压力高于大气压的蒸汽中。
该宽泛方面的一个优点为所述处理将降低β半水合硫酸钙的需水量。已发现，根据该宽泛方面处理的β半水合硫酸钙的需水量可减少高达40％或更大。此外，已发现，需水量的减少可随着蒸汽温度和压力的增加而增强。此外，已发现，根据所述宽泛方面对β半水合硫酸钙的处理减少了在大气压以上0.1psi至210psi(即psig)范围内的蒸汽压下经处理的熟石膏的需水量。此外，已发现，根据所述宽泛方面对新煅烧的β半水合硫酸钙的处理减少了在100℃至200℃范围内的蒸汽温度经处理的熟石膏的需水量。
另一个优点为根据所述宽泛方面处理的β半水合硫酸钙可显示出有益的固化性能，而无需使用高水平的化学加速剂、阻滞剂或化学分散剂。即，用根据所述宽泛方面处理的β半水合硫酸钙所制得浆体的固化性能可具有同用高需水量的未经处理的β半水合硫酸钙所制得的浆体类似的固化性能。
此外，已发现，天然及合成石膏均发生需水量的降低。此外，已发现，如果经处理的β半水合硫酸钙含有更高水平的可溶性无水石膏，仍可发生需水量的减少。
所述宽泛方面的另一个优点为，如果未经处理的β半水合硫酸钙含有残留的二水合硫酸钙，则所述二水合硫酸钙中的一些在该过程中可转化为半水合物。类似地，如果未经处理的β熟石膏含有可溶的无水硫酸钙，则该可溶性无水石膏中的一些在该处理过程中可转化为半水合物。因此，根据所述宽泛方面处理的β半水合硫酸钙比未经处理的β半水合硫酸钙可更接近100％半水合物的化学分析。
所述宽泛方面的另一个优点为，同用未经处理的熟石膏制得的具有类似密度和固化时间的石膏立方体(gypsum cube)相比，该方法可能不会导致用经处理的β半水合硫酸钙制得的立方体压缩强度的减少。
在一些实施方案中，该方法包括将β半水合硫酸钙提供至压力室中，和向该压力室中提供蒸汽从而达到所需压力。在进一步实施方案中，该方法包括保持压力室内的压力在大气压以上达至少5秒钟的停留时间。这类实施方案是有利的，因为β半水合硫酸钙在相对较短处理时间之后将显示出需水量减少。根据该实施方案进行的处理可在几秒之后实现需水量的减少。
在一些实施方案中，向压力室中提供初始熟石膏温度的β半水合硫酸钙，并向该压力室中提供初始蒸汽温度的蒸汽；而且该方法还包括选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间，从而在该过程期间使小于2％的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3％。
在一些实施方案中，该方法还包括释放压力和使β半水合硫酸钙冷却至60℃以下的温度。在一些所述实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进行选择，从而使小于2％的β半水合硫酸钙在冷却过程中转化为二水合硫酸钙。
在一些实施方案中，初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，停留时间在5秒和900秒之间。有利地，已发现，提供至175℃的压力室中并暴露于65psig压力的蒸汽中达3分钟的β半水合硫酸钙将显示出55ml/100g的需水量，而未经处理的类似的半水合硫酸钙将显示出91ml/100g的需水量。
在一些实施方案中，将压力室加热至室温度，并将压力室中的蒸汽加热至高于初始温度的最终温度；并且该方法还包括对室温度进行选择，从而在该过程中使小于2％的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3％。
在一些实施方案中，室温度在115℃和200℃之间，初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和115℃之间，最终蒸汽温度在115℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
在一些实施方案中，蒸汽具有所述压力下的露点温度，并向压力室中提供处于在露点温度的+/-5℃范围内的初始蒸汽温度下的蒸汽。
在一些实施方案中，蒸汽具有所述压力下的露点温度，并向压力室中提供初始温度小于露点温度的蒸汽，且将该蒸汽在压力室中加热至露点温度+/-5℃范围内的最终蒸汽温度。
在一些实施方案中，提供初始蒸汽温度在100℃和200℃之间的蒸汽。
在一些实施方案中，蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供处于在露点温度+/-5℃范围内的熟石膏温度的β半水合硫酸钙。
在一些实施方案中，所需压力在0.1psig和210psig之间。在进一步实施方案中，所需压力在10psig和200psig之间。
在一些实施方案中，停留时间在5秒和900秒之间。在进一步实施方案中，停留时间在5秒和600秒之间。
在一些实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进行进一步选择，从而降低该方法中的β半水合硫酸钙中剩余石膏含量。在进一步实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进行进一步选择，从而降低该方法中的β半水合硫酸钙中可溶性无水石膏的含量。
在一些实施方案中，在停留时间期间，向压力室中提供额外蒸汽。在一些实施方案中，在停留时间之前和停留时间期间，加热压力室。
在一些实施方案中，该方法还包括对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进行选择，从而使该方法期间β半水合硫酸钙的固化时间增加不多于15％。
在另一宽泛方面中，提供了使用本处理方法产品的使用方法。该使用方法包括将半水合硫酸钙与水进行混合以形成可浇注的浆体。
在一些实施方案中，将10重量份半水合硫酸钙与小于7.5重量份的水混合以形成可浇注的浆体。
在另一宽泛方面中，提供了处理β半水合硫酸钙的方法。该方法包括向压力室中提供一些处于熟石膏温度的β硫酸钙；和向压力室中提供初始蒸汽温度的蒸汽从而使压力室中达到大气压以上的压力。对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度和压力进行选择，从而使小于2％的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3％。
在一些实施方案中，该方法还包括在停留时间内保持压力室内的压力在大气压以上。在进一步实施方案中，该方法包括释放压力和使β半水合硫酸钙冷却至60℃以下。在一些所述实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度和压力进行进一步选择从而使冷却过程中小于2％的β半水合硫酸钙转化为二水合硫酸钙。
在一些实施方案中，初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，停留时间在5秒和900秒之间。
在一些实施方案中，加热压力室，并将压力室内的蒸汽加热至高于初始蒸汽温度的最终蒸汽温度。
在一些实施方案中，初始熟石膏温度在100℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和115℃之间，最终蒸汽温度在115℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，停留时间在5秒和900秒之间。
在一些实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择从而降低该过程中的β半水合硫酸钙中的残留石膏含量。在进一步实施方案中，对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择从而降低该过程中的β半水合硫酸钙中的可溶性无水石膏的含量。
在另一宽泛方面中，提供了处理β半水合硫酸钙的另一方法。该方法包括向压力室中提供一些温度在120℃和190℃之间的β硫酸钙；向压力室中提供温度在115℃和195℃之间的蒸汽，从而使压力室中达到10psig和200psig之间的压力；和保持压力室内的压力在10psig和200psig之间达5秒至900秒。
附图说明
结合以下对本发明优选实施方案的描述，将对本发明的所述及其它优点有更充分和详细的理解，其中：
图1为由已知β半水合硫酸钙显示出的固化曲线的一个实例。
图2为煅烧石膏所用已知方法的一个实例。
图3为本发明方法的一个实施方案的流程图；并且
图4为适于在本发明方法中使用的压力室的一个实施方案的正视图。
具体实施方式
试验方法的描述
石膏相分析：对二水合物、半水合物、无水石膏(III)、自由水及其它物质的百分比组成通过如下的石膏相重量分析程序进行测定：在天平上称重空容器，精确至0.0001g。将4至6g试样添加到该容器中(按照需要预先用研钵和研杵进行精磨)并称重，置于60-80％相对湿度的空气中过夜。然后将该试样在Yamato DKN600(Santa Clara，CA)的数字控制恒温烘箱中于45℃干燥2小时，之后称重。接着，将20mL蒸馏水添加到该试样中，并盖住该试样，然后在室温下再水合2小时。然后再将该试样在45℃干燥过夜，之后称重。然后将该试样在Orton(Westerville，Ohio)的Sentry Xpress 2.0窑中于300℃加热2小时。然后覆盖该试样并进行短暂冷却和尽可能快地称重。最后，由称重结果计算重量％自由水、％可溶性无水石膏(III)、％二水合物、％半水合物和％其它物质。
湿度平衡分析：含湿量通过试样在Ohaus MB45湿度分析仪(PineBrook，NJ)中加热过程的重量损失进行测定。称重试样盘并将约2g试样添加到试样盘中。将该盘和试样以最大速率加热升温至200℃直至重量损失稳定并记录湿度百分比。
连续釜煅烧：通过保持对釜的平稳供料和出料而进行连续煅烧。所使用的实验室规模的连续釜装置为带有机械搅拌器的常规构造的20升容器，将其设计为一旦釜满至一定容积时，熟石膏即从釜底部产出(见图4)。通过使用两个热源对釜进行加热，一个夹套环绕在釜的侧部，一个夹套在釜的底部上，每一个夹套由Staco Energy Products(Dayton，OH)的10amp、1.4KVA的自耦变压器进行可变控制。连续煅烧过程通过用Eriez(Erie，PA)N 12-G30HZ-115/230振动给料器可变地连续给料石膏而保持釜内处于所需温度来进行。所述物质从釜的顶部进料，当釜的容积达到一定容量时，该物质从底部穿过釜一侧的堰管(weir tube)而被挤出。所述堰管有一个当所述物质沿堰管到达排出口时保持其被流化的空气喷枪(air lance)。机械搅拌器搅动床层从而使釜中温度分布均匀。通过打开加热器、除尘器、机械搅拌器、空气喷枪和温度记录装置启动釜的运行。一旦釜达到约130℃，即开始进料石膏。当装料时对釜持续加热直至达到控制温度，其后将石膏装入釜中以保持温度在恒定水平。填装釜需要约45分钟，一旦釜开始产生经煅烧的物质，即将釜放置另一个(约)45分钟以便使运行变得稳定并具有均匀的输出。通过K型热电偶监测堰管底部和接近釜床顶部的温度。通过带有合适的计算机记录软件的Sper Scientific 800024温度计(Scottsdale，AZ)读取温度数据。
分批煅烧：分批煅烧的操作通过将釜预热至140℃和160℃之间然后开始装料而进行。分批煅烧所煅烧的熟石膏约为9kg。分批煅烧的进料速率保持恒定在150g/min从而达到釜的装填时间在45和90分钟之间。一旦开始装料，釜的温度就下降，其后手动地循环打开和关闭侧部加热器从而使温度保持在110℃和120℃之间。一旦停止向釜中装料，在只打开底部加热器的情况下使釜运行，从而使熟石膏的温度逐渐升高。熟石膏的温度增加是因为所驱出的水量减少并且可驱出的水量减少。当温度达到145℃和155℃之间时，通过打开釜底部的闸门移除熟石膏。如果进行干燥化的分批煅烧，则需在煅烧过程中与石膏一起添加氯化钙。对于9kg的批量，添加0.1重量％的氯化钙，或对于整个分批煅烧添加9g氯化钙。分批煅烧操作以与干燥化分批煅烧相同的方式进行，只是不添加氯化钙。
粒度分析用Malvern：使用Malvern Mastersizer 2000(Worcestershire，United Kingdom)测量粒度分布。通过将试样分散在湿分散单元中的异丙醇溶液中而进行试验，所述湿分散单元以1800RPM运行。对“石膏(avg)”材料密度的设定进行假定，并在扣除背景之后在10和20遮光比(obscuration)之间进行测量。
机械混合需水量：机械混合需水量的测量通过在30秒内向混合器(Cuisinart SmartPower(East Windsor，NJ))中含1.0g柠檬酸钠的经反复考察量的室温平衡水中添加400g熟石膏、接着在最高速率下混合7秒钟来确定。然后将混合浆体倒入干净玻璃板上的2英寸直径、4英寸高的圆筒中。一旦管装填满，即将其迅速竖直提升以使浆体散布到经测量直径的锅釜(patty)中(称为坍落)。熟石膏在其所述需水量下的目标直径为7.5英寸。
压缩强度：固化石膏立方体的压缩强度通过固化2英寸立方体形式的熟石膏进行测量，并通过购自Test Mark Industries(Beaver Falls，PA)的液压抗压试验机进行机械测量。将600g熟石膏混合至所述需水量，在30秒内接着混合7秒。然后将浆体倒入2英寸立方体模型中，并对角落处用刮勺搅拌以除去任何夹带的气泡。然后在完全水合之前将过量的浆体用油灰刀除至水平，而在完全水合之后将立方体从模型中除去。使用Humboldt MFG CO.(Norridge IL)的Vicat测试仪器测量Vicat固化时间。对立方体称湿重并在45℃干燥过夜。在立方体干燥至质量恒定完成之后再次称重。然后在液压抗压试验机中对立方体进行试验，使立方体的上表面对着侧面以避免由于重力沉降而产生的任何影响。在60至160lbs/sec的负载率下对立方体进行试验。记录峰值强度并除以立方体的表面积，将其称为压缩强度。
升温固化曲线：熟石膏试样的固化曲线通过在使用ExtechInstruments 421508温度计(Waltham，MA)和K型热电偶的绝热量热计中测量熟石膏浆体放热温度的升高随时间的变化而进行测定。将400g熟石膏在30秒内添加到所述量的水中并混合7秒钟。然后将该混合物倒入量热计中的聚苯乙烯泡沫塑料杯中并密封，同时以0.1C的精确度和1秒的间隔记录温度。分析所得到的温度对时间的数据曲线从而确定温度的升高、98％的固化时间及最大斜率处的时间与温度。在一些实例中，添加经球磨的加速剂，所述加速剂通过将750g生石膏和15g表面活性剂Nansa HS90/AF(Albright&Wilson Americas，Glen Allen，VA，USA)在Lortone QT12/QT66旋转滚筒(Seattle，WA，USA)中球磨240分钟而制得。所述旋转滚筒装载有40个1英寸直径的钢球和20个1英寸直径、1英寸长的钢圆柱体。
本发明的实施方案提供了β半水合硫酸钙的后煅烧处理方法，该方法提供了具有改进性质的β半水合硫酸钙。该方法包括将半水合硫酸钙(下文称为熟石膏)暴露于大气压以上的压力的蒸汽中。当在以下所述条件下实施该方法时，其能将熟石膏的需水量降至所需水平。在一些实施方案中，熟石膏的需水量降低至少3％、最高达40％或更大。在一些实施方案中，该方法在能将熟石膏的需水量降至所需水平的条件下实施，同时不会促使熟石膏转化为不溶的无水硫酸钙，并且不会促使熟石膏转化为二水合硫酸钙(石膏)。现将对所述条件进行描述。
根据本发明，熟石膏的需水量可通过将该熟石膏在压力室中暴露于大气压以上的压力的蒸汽中一段时间(下文称为停留时间)而降至所需水平。已发现，需水量的减少发生在较宽范围的蒸汽温度和压力下。令人惊讶的是，已发现，不论所提供的蒸汽为过热蒸汽或饱和蒸汽还是在冷凝环境下的蒸汽，所述处理均有效。令人惊讶的是，还发现随着压力室中的压力增加，实现需水量的降低所需的停留时间减少，并且蒸汽温度升高。还发现，在某些条件下，所述处理方法出人预料快地生效。此外，还发现需水量的减少可根据停留时间而改变。因此，使用者可根据所需的熟石膏性质选择停留时间。还发现，处理条件也可具有极大影响，而同时在处理之后得到具有极低吸附水水平的熟石膏并因此可在冷却经处理的熟石膏时减少熟石膏向石膏的转化。
为了减少该过程中熟石膏向石膏的转化，可提供处于发生转化为石膏的温度以上的温度的熟石膏，并且可减少可被熟石膏吸附的水的量。一般而言，熟石膏在60℃以下的温度、在水的存在下将转化为石膏。因此，可向该过程提供60℃以上的熟石膏。此外，可通过减少处理过程中冷凝的蒸汽量来减少可被熟石膏吸附的水的量。这可通过向该过程提供甚至更高温度即远在60℃以上的熟石膏而受到有利的影响。这样做，当该方法完成之后将熟石膏冷却至60℃以下时，存在更少的使熟石膏转化为石膏的水。在一些实施方案中，可提供接近蒸汽露点温度的熟石膏。在进一步实施方案中，可提供蒸汽露点温度或该温度以上的熟石膏。即，在一个实施方案中——其中所述方法在40psig的压力下实施，并且提供至少143℃或加热至至少143℃(其为40psig下的露点温度)的蒸汽——可提供143℃或143℃以上温度的熟石膏，从而抑制蒸汽在熟石膏上冷凝。在进一步实施方案中，提供蒸汽露点以下温度的熟石膏，这导致蒸汽冷凝到熟石膏中，并且熟石膏温度朝着所使用蒸汽的温度升高并最终达到该温度。令人惊讶的是，该处理方法对减少熟石膏的需水量仍有效，并且不会导致在熟石膏冷却至60℃以下之后经处理的熟石膏中过量的石膏水平。
在一些实施方案中，为减少熟石膏向不溶性无水石膏的转化，所提供蒸汽的温度足够低，以至阻碍了由熟石膏向不溶性无水石膏的形成。已发现，约200℃以下的温度抑制所述形成。
正如本领域普通技术人员所知，煅烧石膏产生熟石膏通常在约120℃至约190℃的温度下进行。已发现，如果将熟石膏从煅烧过程中取出并提供给本发明的该处理过程，而无中间贮存阶段，则熟石膏的温度适于减少处理过程中熟石膏的需水量。还发现，需水量的减少可在所述过程中不造成石膏形成或不溶性无水石膏形成的情况下发生。在一些实施方案中，所述处理方法导致石膏含量减少。在其它实施方案中，所述处理方法减少了可溶性无水石膏的含量。因此，在一些实施方案中，为在缩短的时间里将熟石膏的需水量减少至所需水平，和避免冷却之后熟石膏转化为石膏，本方法包括在熟石膏温度介于120℃和190℃之间时将直接来自煅烧过程的熟石膏提供给压力室；并提供100℃和200℃之间温度的蒸汽直至压力室内的压力达到蒸汽露点或接近蒸汽露点，并保持压力达给定停留时间。或者，该方法还表现出对在稍后时间里进行了再热的熟石膏在贮存室温下的需水量的减少有效。
参照图3，示出了一种用于后煅烧处理β半水合硫酸钙(熟石膏)的示例性方法300。所述方法为分批法；但是，应考虑的是，该方法可为连续或半连续法。在步骤302中，将熟石膏提供至压力室中。所述压力室可为本领域已知的任何适宜的压力室。适宜压力室400的一个实施方案示于图4中。在所示该实施方案中，压力室400含有一个室主体402、熟石膏入口404、熟石膏出口406和一个蒸汽入口408。室体402可由例如3英寸直径不锈钢管制成。在一些实施方案中，室主体402可为圆筒形。熟石膏入口404和熟石膏出口406可包括例如球阀。更具体而言，在一些实施方案中，熟石膏入口404和/或熟石膏出口406可含有市售可得的Clyde Materials Handling，Doncaster U.K.的名为Spheri Valve的阀。在所示实施方案中，蒸汽入口408被设置于压力室的一个侧壁，并且位于室高度的中央。在其它实施方案中，蒸汽入口可设置于压力室的底壁或压力室的顶壁。导管410连接至蒸汽入口408，用于从蒸汽源412向蒸汽入口408提供蒸汽。蒸汽源412可以是例如锅炉。导管410可以是例如具有约1/4英寸内径的铜管。排气阀414连接至蒸汽导管410，用于释放压力室内的压力。气压表416连接至蒸汽导管410，用于测量所进入蒸汽的压力。在一些实施方案中，压力室主体402可设置加热元件(未示出)，用于加热压力室的壁。此外，蒸汽导管410也可设置加热元件。所述加热元件可包括例如缠绕压力室主体402和/或蒸汽导管的加热带。在一些特定实施方案中，加热带可以是具有1英寸宽度的120V加热带。在其它实施方案中，压力室可不加热。例如，压力室可以是隔热的，这样可具有足够的来自蒸汽和熟石膏的热量，从而可避免在室壁上冷凝并且不必为压力室提供外部加热。在一些实施方案中(未示出)，可在压力室主体402内部提供温度传感器例如热电偶或温度计。在一些特定实施方案中，热电偶可设置于压力室壁上，并可位于压力室的中央高度处。
再参照图3，可向压力室提供提高温度(下文称为初始熟石膏温度)的熟石膏。在一些实施方案中，提供初始熟石膏温度在60℃和200℃之间的熟石膏。更具体而言，在一些实施方案中，可提供初始熟石膏温度在约120℃和190℃之间的熟石膏。在一些实施方案中，可将直接来自煅烧过程的熟石膏提供给压力室。在这类实施方案中，可将熟石膏在煅烧过程中加热至初始熟石膏温度，并且可无需另外加热熟石膏。在其它实施方案中，熟石膏可从别处例如储罐提供。在这类实施方案中，在步骤304中，熟石膏可在提供给压力室之前进行预热。在其它实施方案中，可将直接来自储罐的熟石膏提供给压力室，并可在蒸汽处理之前将其在压力室中进行预热。
熟石膏可以多种形式提供给压力室。此外，熟石膏可为不纯的半水合硫酸钙，并且可含有残留石膏成分、可溶的无水硫酸钙成分、不溶的无水石膏成分及其它残留化合物中的一种或多种。在一些实施方案中，熟石膏以粉末形式提供，并且被沉积在压力室中以形成疏松填充床。在一些实施方案中，压力室具有约0.0015立方米和约10立方米之间的容积，并且填装有熟石膏，从而使所述疏松填充床占约50％和约95％之间的容积，并从而使所述疏松散填充床具有约40％和约80％之间的空隙空间。但是，在可替代实施方案中，可使用其它容积、熟石膏量和空隙空间。
在步骤306中，向压力室中提供蒸汽。可提供蒸汽直至压力室中达到所需压力。在一些实施方案中，所需压力在0.1psig和210psig之间。更具体而言，在一些实施方案中，所需压力在10psig和200psig之间。在一些特定的实施方案中，对压力进行选择从而使在该压力下蒸汽的露点温度处于或接近(即+/-5℃范围内)熟石膏的温度。例如，如果初始熟石膏温度为143℃，则压力可选择为约40psig，在该压力下蒸汽的露点温度为143℃。在其它实施方案中，所述压力可在熟石膏温度的蒸汽的露点压力以上或以下。
可提供较宽温度范围内的蒸汽。在一些实施方案中，可提供初始温度的蒸汽，并且在持续过程中可基本保持于该初始温度(例如该初始温度的+/-5℃范围内)。在其它实施方案中，可提供初始温度的蒸汽，并且可在压力室内将其加热至高于该初始温度的最终温度。在任一种情况下，均可提供带有加热壁的压力室，用于保持蒸汽在初始温度，或用于加热蒸汽至所述最终温度。
在其中提供初始温度的蒸汽并在持续过程中基本保持于该初始温度的实施方案中，初始温度可在约100℃和约200℃之间。更具体而言，在一些实施方案中，初始温度可在约115℃和约195℃之间。在一些实施方案中，可提供蒸汽从而使当达到所需压力时，蒸汽是过热的。例如，可提供约143℃温度的蒸汽，直至压力室内的压力达到约22psig。在其它实施方案中，可提供蒸汽从而使当达到所需压力时，蒸汽是饱和的。例如可提供约143℃温度的蒸汽，直至压力室内的压力达到约40psig。在另外的实施方案中，可提供蒸汽从而使当压力室内达到所需压力时，蒸汽处于冷凝条件下。例如，可提供约153℃温度的蒸汽，直至压力室内的压力达到约60psig。
在其它实施方案中，如前所述，可提供初始温度的蒸汽，并可在压力室内将其加热至最终温度。在一些实施方案中，可提供初始温度在约100℃和约115℃之间的蒸汽，并可在压力室内将其加热至约115℃和约200℃之间的最终温度。更具体而言，在一些实施方案中，可提供初始温度为约100℃的蒸汽，并可在压力室内将其加热至约115℃和约195℃之间的最终温度。例如，可提供100℃的蒸汽，并可将压力室的壁加热至143℃。因此，当添加蒸汽时，蒸汽的温度将升向最终温度143℃。
在任一上述实施方案中，熟石膏的初始温度、蒸汽的初始和最终温度，及室壁温度可能具有多种关系。在一些实施方案中，初始熟石膏温度和室温度可高于蒸汽的初始温度。因此，蒸汽在压力室内将被加热至最终温度。在其它实施方案中，初始熟石膏温度、初始和最终蒸汽温度，及室温度可近似或基本相同。在这类实施方案中，压力室内的蒸汽温度可保持恒定。在其它实施方案中，初始蒸汽温度和室温度可比初始熟石膏温度高。在这类实施方案中，当向压力室内添加蒸汽时，一些蒸汽可在熟石膏上冷凝。
当达到所需压力时，可停止向压力室提供蒸汽流，并可在停留时间内保持压力室内的压力(步骤308)。在停留时间过程中，可向压力室提供另外的热量，例如通过加热压力室壁。此外，在停留时间过程中，可向压力室提供另外的蒸汽。停留时间可根据所需熟石膏性质进行选择。已发现，可在低达5秒的停留时间内达到熟石膏需水量的减少。但是，当停留时间增加时，需水量的减幅增加。因此，在一些实施方案中，停留时间在5秒和900秒之间。在进一步实施方案中，停留时间在5秒和600秒之间。在一个特定的实施方案中，停留时间为300秒。在可替代实施方案中，停留时间可大于900秒。例如，在制备壁板时，可能需要减少熟石膏的约15％的需水量。因此，根据其它工艺变量，停留时间可在30和约120秒之间。在另一实施例中，在陶瓷工业或地台沙浆底层(floorscreed)粘合剂用模型制备中，可能需要减少熟石膏的约35％的需水量。因此，根据其它工艺变量，停留时间可为约300秒或更长。
在步骤310中，释放压力室内的压力。可立即将熟石膏从压力室中除去，或可使其在压力室内冷却。整个停留时间过程中，取决于蒸汽、熟石膏和室壁的温度，一些蒸汽可能会冷凝并被吸附至熟石膏中，如先前所述。已发现，当释放压力时，一部分冷凝蒸汽挥发。因此，当熟石膏在60℃以下冷却时，减少的水量可用于将熟石膏转化为石膏。
当熟石膏已经冷却时，可将其贮存和/或用于制备石膏板产品例如纤维板、壁板和地板组合物，或其它产品，例如天花板、地板、外部盖板(exterior sheathing board)、石膏块材、吊顶板(ceiling tile)、高强度粉刷石膏、玻璃纤维增强石膏板、陶瓷模型、雕像、模型熟石膏、制模用熟石膏、建筑模型、铸造用熟石膏、工程用熟石膏、吸收性颗粒、矿沉陷用水泥(mine subsidence cement)以及喷浆。为制备石膏板产品，可将经处理的熟石膏与水结合从而形成含水浆体。已发现，根据方法300处理的熟石膏显示出，同未经处理的熟石膏相比，需水量减少(即形成可浇注浆体需要更少的水)。因此，在一些实施方案中，经处理的熟石膏可与比未经处理的熟石膏所需少约3％和约40％之间的水结合。例如，如果未经处理的熟石膏需要约78ml水每100g熟石膏来形成浆体，则经处理的熟石膏可与小于75ml水每100g熟石膏结合来形成浆体。
与水和多种添加剂混合之后，可将浆体倒入模型中，在纸板之间成型，涂敷于壁表面，或倒在地板上，抽出并喷洒到模型表面或模型内部，并可放置使其固化。已发现，用根据方法300处理的熟石膏制得的浆体显示出通常与具有更高需水量的熟石膏有关的有益性能。即，用根据方法300处理的熟石膏制得的浆体为流体、能降低干燥成本、降低分散剂成本、当固化时强度高、能提供良好的铸造细部、具有低的可溶性盐水平，并具有长的模型寿命。它们还由于对加速剂的良好响应而在水合曲线中给出较短的固化时间并且不会提早硬化或使最终固化延迟，从而使得制备过程更有效。
实施例
实施例1天然石膏半水合物熟石膏的处理
使用三种天然石膏试样进行实验室规模的连续釜煅烧：购自USG，Chicago，USA的称为LP2的低纯度试样、在制备石膏板中所用的称为HP1的高纯度石膏试样，以及也由USG，Chicago，USA出售的称为TerraAlba(TA)的高纯度极精细研磨的石膏。3个石膏试样的煅烧温度分别为160℃、160℃和165℃，所述温度对应于处理过程中的初始熟石膏温度。以前的研究表明该釜为目前全世界所用生产釜的一个精确模型。该熟石膏的石膏相分析表明，其纯度水平跨越被认为是全世界所通常使用的典型范围。实验室釜装置图示于图2中并在以下进行描述。
处理方法使用如图4中所示压力容器实施。该压力容器由其中安装有一个使蒸汽进入的入口的内径为3英寸的垂直管、监测内部压力的压力表，和一个处理之后释放压力的排气口组成。为使物质能够流经处理室，在处理室的顶部和底部连接较大的阀，从而可以关闭底部阀，将新鲜的熟石膏通过打开的顶部阀倒入，然后关闭顶部阀以对压力室进行加压。处理完成之后，对压力室进行排气并打开底部阀以释放出熟石膏用于试验。
对处理室进行定位从而使来自釜中的熟石膏能够直接落入处理装置顶部阀上方的贮存区域，以保持熟石膏的高温。此外，通过使用缠绕在不锈钢处理室和初始贮存区域周围的加热带，保持整个处理装置处于高温。添加熟石膏之前整个室的温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在150℃运行的锅炉提供。监测该室内压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力不同的时间段以测定40psig和20psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
停留时间0分钟(即，使该室内达到压力然后立即释放)、最多达30分钟之后进行采样。
对熟石膏试样的相组成进行分析，结果如下所示。
经实验室釜煅烧的天然石膏的处理结果
化学分析表明，相分析只有适量的变化，发现熟石膏中有少量的残留石膏通过蒸汽处理被转化为半水合物。此外，当半水合物试样含有可溶性无水石膏时，则该处理可将所述可溶性无水石膏中的一些而不必全部转化为半水合物。尽管可溶性无水石膏具有吸收水蒸气的高亲和性，但是处理之后具有一些可溶性无水石膏的试样仍显示出需水量的显著降低。
在所有情况下，处理时间的增加降低了需水量，但残留石膏含量未相应增加。
实施例2不同的石膏类型
现今北美使用的许多石膏均为通过净化来自燃煤发电站的含二氧化硫的烟道气而制得的合成石膏，通常称为烟道气脱硫石膏或脱硫石膏。烟道气脱硫石膏(LDSG)的一个试样由商业石膏板厂获得，所述石膏由靠近Sarnia，Ontario的OPG Lambton电站制得。对于实施例1，对通过实验室连续釜在160℃煅烧温度下制成的新煅烧熟石膏进行所述处理过程，所述温度仍旧是与初始熟石膏温度一致。添加熟石膏之前，该室的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽由在150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定40psig的蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。所述试验结果展示如下。
Figure G2007800472104D00211
新的处理方法对合成石膏作用良好，随着处理时间的增加而减少了需水量。应再次指出的是，该方法导致可溶性无水石膏成分和剩余石膏成分的减少，将这两者都转化为半水合物。
实施例3处理压力和处理时间
前述的实施例表明，随着处理时间的增加，机械混合需水量的减幅相应增加。还在不同压力下进行了试验，以测定蒸汽处理的总体压力对需水量减少的速率和程度是否存在影响。对连续生成的实验室规模的釜熟石膏以不同的时间和压力进行处理。结果如下所示。MB指的是对湿度平衡测量结果，将试样加热至200℃时发生的以百分比表示的整体重量损失。
对通过实验室连续釜在180℃和146℃煅烧温度下制成的新煅烧熟石膏进行所述处理过程，所述温度依旧与初始熟石膏温度一致。添加熟石膏之前，该室的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽由在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定40psig和60psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于在180℃制得的熟石膏在该蒸汽温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。对于在146℃制得的熟石膏，所应用47psig以上的蒸汽将代表冷凝条件，并且该蒸汽将在被加热至约150℃的锅炉温度的熟石膏上冷凝。
所应用的蒸汽压力在整个时间内对机械混合需水量的影响
Figure G2007800472104D00221
在对不同类型的煅烧和不同石膏试样进行试验的每一种情况中，发现更高的压力导致更低的需水量，和更长的处理时间导致更低的需水量。
应注意的是，在大多数所述情况下，优选提供的蒸汽压力与露点温度对应的压力一致，所述露点温度被认为在熟石膏温度以下(通过煅烧温度所确定)，以便不会促使蒸汽冷凝进入熟石膏。例如在60psig下，蒸汽在153℃冷凝。因此，在180℃熟石膏温度下，所处条件表明预期不会发生冷凝。或者，在HP1的最后3个实施例中(146℃熟石膏温度，处理5、10和20分钟)，蒸汽冷凝温度在熟石膏温度以上。预期这样将产生水蒸气冷凝到熟石膏床中的条件；如果将熟石膏冷却至60℃以下，这将促使半水合物不希望地转化回石膏。但是，相分析测量结果同不冷凝的情形类似，并且同其它实施例中类似，需水量减少。观察到自由水分的少量增加。
实施例4不同的煅烧方法
为证明该方法同其它煅烧方法一样起作用，以与实施例1-3相同的方式处理USG No1模型熟石膏的试样。该试样作为同样可由大规模连续釜生产的典型β熟石膏供应市场。该熟石膏具有的常规机械混合需水量为约70-75ml每100g。通过将该浆体倒入4英寸高、2英寸直径大小的管中，然后通过将管从桌子上升高使该浆体从管子中流出来测量流动性(常用的板工厂坍落试验)。在此情况下，以75ml每100g熟石膏测量机械混合浆体试样的散布。在蒸汽处理之前将熟石膏加热至150℃，以试图避免蒸汽处理时蒸汽冷凝到熟石膏中。添加熟石膏之前压力室的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定40psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于被加热至150℃的熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
所述试验结果展示如下。应注意的是，经处理的市售No 1模型熟石膏在处理之后具有更大程度的散布。
对另一煅烧方法也进行了考察，这方法为用实施例1中提及的石膏HP1进行的盘煅烧。在该盘煅烧中，将1kg石膏粉末在一个17英寸×11英寸焙烧盘上散布成薄层并将其放置在140℃的烘箱中达6小时。通过立即将热的未经处理的盘煅烧物添加到处理室中并按所报道的时间和压力进行处理而制得经处理的试样。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定36psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
注意到，当存在大量的可溶性无水石膏时，熟石膏温度将由于可溶性无水石膏向半水合物的放热转化而升高。如果发生所述温度增加时压力室密闭，则该室和熟石膏温度将稍微升高，但仅如由该化学转化所预期的。
类似地，分批煅烧在实验室规模的釜装置中通过在50分钟内将高纯度的HP1石膏添加到经预热的釜中并保持120℃的温度进行。使煅烧再持续进行1小时10分钟。共计2小时之后，釜内的温度典型地开始快速升高，这表明煅烧循环的结束。随后，在155℃对釜进行排放。批量制得约9kg的熟石膏。再将由煅烧过程得到的仍然热的未经处理的批量煅烧物添加到处理室中，并按所述进行处理。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为155℃，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。在53psig蒸汽压下保持该压力达5分钟，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于被加热至150℃的熟石膏在该蒸汽温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
煅烧方法对处理结果的影响
煅烧方法 压力(psig) 时间(min) MB(％) 自由水％ AIII％ HH％ DH％ 其他％   所测需水量(ml/100g) 散布(英寸)
  USG No 1模塑熟石膏 未处理 4.43 75 11.5
  USG No 1模塑熟 40 10 4.09 75 13.5
  石膏
  盘煅烧   未处理   1.10   0.00   75.27   13.92   2.54   8.27   86   7.6
  盘煅烧   36   3   3.03   0.00   39.00   50.47   2.07   8.46   88   8.8
  分批釜   未处理   5.26   93.5   7.5
  分批釜   53   5   5.75   93.5   9
预期该方法对通过其它常用的制备β半水合物熟石膏的煅烧方法所制得的熟石膏起有利作用。
实施例5对不同熟石膏的分析
不同的煅烧方法生产出不同量的可溶性无水石膏，并且公知在室温下可溶性无水石膏通过吸收空气中的水蒸气而转化回半水合物。
在该实施例中，在三个不同的煅烧温度(160℃、180℃和190℃)下进行三种脱硫石膏(LDSG)煅烧，以便增加未经处理的熟石膏中可溶性无水石膏的水平。所述三种熟石膏通过该新方法进行处理，以确定对需水量的总体影响。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段，从而测定40、58和65psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
使用天然石膏HP1重复该煅烧。在该实施例中，在两个不同的煅烧温度(155℃和170℃)进行两种煅烧，以便增加未经处理的熟石膏中可溶性无水石膏的水平。所述两种熟石膏通过该新方法进行处理，以确定对需水量的总体影响。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段，从而测定58psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
所述研究结果展示如下。
  煅烧温度(℃)   压力(psig)   时间(min)   自由水％   AIII％   HH％   DH％   其它％   WD(ml/100g)
  LDSG 160   未处理   0.85   0.00   91
  LDSG 160   40   2   54
  LDSG 180   未处理   0   0.08   0.00   85
  LDSG 180   40   1   0.06   0.00   65
  LDSG 180   40   2   66.5
  LDSG 180   65   1   59
  LDSG 180   65   5   55.5
  LDSG 190   未处理   0   0.00   4.14   75
  LDSG 190   40   1   0.13   0.23   65
  LDSG 190   65   1   60
  LDSG 190   65   5   55.5
  HP1 155   未处理   0.00   1.89   85.47   3.87   8.77   80
  HP1 155   58   5   0.00   0.35   87.58   3.33   8.74   62
  HP1 170   未处理   0.00   8.84   76.56   4.05   10.55   76
  HP1 170   58   5   0.38   0.00   85.50   3.32   11.19   59
实施例6对加速剂的响应和固化性能
在β半水合物的使用中的一个重要性能是能够使浆体快速固化。最通常的做法是通过添加精细研磨的石膏作为溶解半水合物的晶种来加速固化时间。也可使用化学加速剂例如硫酸钾，但在应用中由于其高溶解度和在干燥过程中迁移到表面的能力而通常会导致其它问题。
经煅烧的石膏的两个实例在上述实验室连续釜装置中使用LDSG和HP1制得。LDSG在175℃煅烧，HP1在155℃煅烧。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内的压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段，从而测定约40-45psig和60psig蒸汽压力下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
在未进行处理和在多种处理水平下对熟石膏进行取样。测量添加不同水平的经研磨的石膏加速剂下的固化时间，从而测定经研磨的石膏对加速固化时间的有效程度。所报道的固化时间测量在浆体固化时水合曲线中温度升高达98％所需时间进行。所有测量在所示混合物需水量下进行。
以下结果表明，同添加了0.3％萘磺酸盐分散剂(以熟石膏的重量计)的等量的未经处理的试样相比，经处理试样的固化时间稍有减少，但是这可通过添加一部分更精细研磨的石膏加速剂进行容易地调节。前述的实施例已表明，该处理方法降低了残留石膏含量，因此为达到相等的固化时间可能需要添加一些石膏并不出人意料。
试样   加速剂用量(g每400g混合物)   熟石膏需水量(ml/100g)   混合物需水量(ml/100g) 98％固化时间(秒) 最大上升率时的％水合
  HP1-未处理+0.3重量％NS 0.0 81 73 1693 68.3
  HP1-未处理+0.3重量％NS 1.4 81 73 786 67.4
  HP1-未处理+0.3重量％NS 3.0 81 73 664 65.4
  HP1-未处理+0.3重量％NS 4.5 81 73 592 71.2
  HP1-处理140秒45psig 0.0 73 73 1827 71.3
  HP1-处理140秒45psig 1.4 73 73 772 66.0
  HP1-处理140秒45psig 3.0 73 73 726 68.5
  HP1-处理140秒45psig 4.5 73 73 666 64.2
  HP1-处理180秒40psig 0.0 58 58 1814 59.4
  HP1-处理180秒40psig 4.5 58 58 959 54.1
还可用典型的α半水合物，购自USG，Chicago USA的Hydrocal进行对比。通过下表中的结果可见，即使添加大量的加速剂，使用α半水合物仍不能达到小于1000秒的固化时间。通过使加速剂加倍，可将固化时间减至1664秒，但是即使添加更多的加速剂也不能再缩短固化时间。
已知将α半水合物研磨成更细小的粒度将有助于降低固化时间，但如从以下结果中可见，即使将Hydrocal球磨3小时，固化时间也仅减至1400秒。
试样   加速剂用量(g每400g混合物) 球磨时间(h) 熟石膏需水量(ml/100g) 混合物需水量(ml/100g) 98％固化时间(秒) 最大上升率时的％水合
  HP1-处理140秒45psig 3.0 0 73 73 726 68.5
  USG Hydrocal   0.0   0   40   66   2835   75.6
  USG Hydrocal   0.9   0   40   66   1920   36.7
  USG Hydrocal   2.0   0   40   66   1664   37.7
  USG Hydrocal   3.0   0   40   66   1670   30.5
  USG Hydrocal   0.7   0   40   66   1962   58.8
  USG Hydrocal   0.7   1   40   66   1592   31.5
  USG Hydrocal   0.7   2   40   66   1403   47.3
  USG Hydrocal   0.7   3   40   66   1416   37.1
为进一步证明该新处理方法的优点，将具有相同纯度和相同的经处理熟石膏需水量的α和β半水合物的混合物的固化性能进行了比较。该比较用不同比率的与LDSG和HP1的混合物进行，以实现与经处理的试样等量的有效混合需水量。
在一个实施例中，将325g未经处理的HP1β熟石膏(需水量81ml每100g)与75g USG Hydrocal(需水量40ml每100g)混合，得到81％β、19％α的混合物，测得其需水量为73ml每100g。将这些结果与等量的73ml每100g经处理的试样(140秒，45psig)进行比较，表明所述混合物倾向于更缓慢地固化并且在最大上升速率下的水合百分比也更缓慢。注意到，对于经煅烧的HP1试样，经处理熟石膏的98％水合时间与未经处理熟石膏的98％水合时间的比率不大于112.5％，而等量需水量和加速剂用量的α/β混合物显示，该混合物的98％水合时间长达未经处理试样的120.6％。
在另一实施例中，将160g未经处理的LDSGβ熟石膏(需水量88ml每100g)与228g购自Georgia-Pacific，Atlanta，GA，USA的DenscalGypsum B5α熟石膏(需水量40ml每100g)和12g购自All Treat FarmsLtd.，Arthur，Ontario，Canada的“Grow Lime”碳酸钙进行混合，得到40％β、60％α的混合物，测得其需水量为57ml每100g。添加碳酸钙以实现相等的整体混合石膏的纯度，从而确保经处理的和经混合的混合物具有相等的温升。经处理的LDSG熟石膏，同添加了4g加速剂的αβ混合物相比，仅需要1g加速剂来达到约1200秒的等效的98％水合时间。为实现所需的最终固化时间，α/β混合物必须更早地开始固化过程，因为其在接近水合结束时具有更缓慢的固化。固化过程中的水合速率可通过获取温度升高水合曲线的斜率而进行测量。经处理的熟石膏在最大斜率处的水合％为63.8％，而α/β混合物的仅为49.6％。
试样 加速剂用量(g每400g混合物) 熟石膏需水量(ml/100g) 混合物需水量(ml/100g) 98％固化时间(秒) 最大上升率时的％水合   (实例的98％固化时间/等值未处理试样的98％固化时间)*100
  HP1-处理140秒45psig 0.0 73 73 1827 71.3 107.9
  HP1-处理140秒45   1.4   73   73   772   66.0   98.2
  psig
  HP1-处理140秒45psig 3.0 73 73 726 68.5 109.3
  HP1-处理140秒45psig 4.5 73 73 666 64.2 112.5
  HP1混合物(325g未处理/75gHydrocal) 0.0 81/40 73 1965 65.1 116.1
  HP1混合物(325g未处理/75gHydrocal) 1.4 81/40 73 912 64.1 116.0
  HP1混合物(325g未处理/75gHydrocal) 3.0 81/40 73 777 65.6 117.0
  HP1混合物(325g未处理/75gHydrocal) 4.5 81/40 73 714 55.5 120.6
  LDSG-处理180秒60psig 1 57 57 1262 63.8
  LSDG混合物(160g未处理/228g B5alpha/12g CaCO3)) 0 88/40 57 2280 58.1
  LSDG混合物(160g未处理/228g B5alpha/12g CaCO3)) 4 88/40 57 1154 49.6
实施例7压缩强度性能
已知，用水喷雾半水合物可降低熟石膏的需水量，虽然这的确导致了半水合物中石膏的产生。还已知，如果在煅烧过程中将半水合物加热至足够热，则石膏中的一些转化为不溶的无水石膏，这也降低了熟石膏的需水量。虽然需水量的降低是有利的，但是应认识到的是，通过这些方法制得的石膏和无水石膏对于固化熟石膏的整体强度的贡献无法达到与所剩余的半水合物相同的程度。之前的有关后煅烧熟石膏处理的专利已论述了该问题并且提出了降低所述处理对所形成的强度的有害影响的方法。降低需水量的最通常方法为使用分散剂，例如浓的萘磺酸盐，从而使混合物更易流动。已知，这些物质对经干燥的固化石膏的强度的影响最小。
为了测试该处理对压缩强度的影响，对由未经处理的TA熟石膏(需水量80ml每100g)制得的2英寸立方体进行测量，所述TA熟石膏的的水-熟石膏比例用市售可得的萘磺酸盐分散剂Diloflo GS20、一种购自GEO Specialty Chemicals Inc.，Lafayette，IN，USA的40％固体溶液进行调节；并与根据本发明经3分钟60psig处理的原始需水量为66ml每100g的类似的TA熟石膏进行比较。两个立方体固化所用的混合需水量为68ml每100g，立方体干重和压缩强度示于下表中。
对由在实验室连续釜中、于165℃煅烧温度下煅烧天然石膏TA而制得的新煅烧熟石膏进行该处理过程，所述煅烧温度仍旧代表熟石膏温度。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定60psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于在165℃制得的熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
另一实施例使用由高纯度石膏HP1制得的熟石膏。对由在实验室连续釜中、于155℃煅烧温度下煅烧天然石膏HP1而制得的新煅烧熟石膏进行该处理过程，所述煅烧温度依旧代表熟石膏温度。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约150℃运行的锅炉提供。监测该室内压力并添加蒸汽直至达到目标压力，根据需要进行补充以保持该压力。保持该压力达不同的时间段以测定60psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于在155℃制得的熟石膏在该温度以上，因此蒸汽过热至熟石膏温度。
该HP1熟石膏具有的未经处理的需水量为83ml每100g，但是可再次在立方体混合物中使用，其中水-熟石膏比例使用市售可得的萘磺酸盐分散剂Disal GPS、一种购自Handy Chemicals Ltd.，Candiac，Quebec，Canada的固体粉末进行调节。标记为HP1的经处理的比较用试样为38％的需水量为83ml每100g的未经处理试样和62％的需水量为63ml每100g的经3分钟60psig处理试样的混合物。两个立方体的需水量类似，为68ml每100g。
在两个比较中，稍微改变经处理情况下的加速剂的量，从而包括更多的加速剂以使固化时间对强度的影响正规化。
Figure G2007800472104D00321
从这些结果可以看到，通过使用该处理方法对立方体强度没有影响。
实施例8用中试设备进行工厂条件下试用
使用成套的15英尺直径的连续生产釜进行工厂条件下试用来制备未经处理的熟石膏。
将从釜中输出的代表性熟石膏流使用隔热的6英寸直径、以30RPM旋转的螺杆输送系统由正常的生产过程移出，以送料试验规模的20kg容量的处理室。在进入处理室之前所测量的熟石膏温度为139℃-144℃，这表明已发生最小量的冷却。试验规模的处理室设计成类似于所述的试验室规模的装置，具有2个半球体、充气式密封、球阀和圆筒状室的顶部和底部，该圆筒状室在顶阀打开并且底阀关闭时，使输入的未经处理的熟石膏试样从顶部进入该室。在处理循环中，两个阀均关闭并由工业锅炉向该室内添加蒸汽，所述蒸汽对于测量处理停留时间的最大蒸汽压为65psig。在该体系中，在锅炉和输入处理室的蒸汽供应端之间加一个压力调节器来精确控制所施加的蒸汽压力。所述室还配备有一个填充液面指示器(fill level indicator)用以指示该室内熟石膏的满负载量，从而维持从一个处理到下一个处理的熟石膏的可再生产的体积。试验结果包括在下文中。
所用的石膏原料与实施例1中所述的HP1天然石膏相同。釜煅烧温度为147℃，以30公吨每小时的典型连续熟石膏生产速率下运行。在极接近于上述煅烧温度的温度下使用新制的熟石膏。添加熟石膏之前该室内的总体温度约为煅烧温度，从而确保熟石膏不被压力室冷却。蒸汽通过在约160℃运行的40HP锅炉提供，所述锅炉带有一个压力调节器以提供所需蒸汽压力。监测该室内压力并通过调节器添加可由锅炉得到的蒸汽。保持该压力达不同的时间段以测定28psig、约40psig和约60psig蒸汽压下处理时间对试验的影响，所述压力确定了假定饱和蒸汽条件下该室内的最小蒸汽温度。由于熟石膏在147℃制得，然后在28psig和40psig下进行处理，这导致熟石膏温度在蒸汽温度以上，并且蒸汽将过热至熟石膏温度。但是，在约60psig进行的处理将导致熟石膏被蒸汽加热至约153℃，并且一些蒸汽发生冷凝进入熟石膏。
  石膏煅烧温度(℃)   压力(psig)   时间(秒) MB(％)   自由水％ AIII％ HH％ DH％ 其他％ WD(ml/100g)
  147   未处理   0   5.91   0.00   6.05   83.47   3.65   6.83   77
  147   28   30   5.92   0.00   3.34   86.17   3.57   6.92   77
  147   28   60   5.79   0.00   3.89   85.93   2.08   8.10   76
  147   28   120   5.83   0.00   3.54   85.53   3.90   7.04   74
  147   28   180   5.96   0.00   2.64   88.17   3.37   5.82   68
  147   28   300   5.87   0.00   1.34   88.53   2.99   7.14   65
  147   40   180   5.88   0.00   3.12   86.90   2.87   7.12   66
  147   40   300   5.89   0.00   3.37   88.40   2.38   5.85   61
  147   未处理   0   5.85   0.00   3.30   85.80   3.32   7.58   78
  147   42   120   5.88   0.00   3.62   84.59   3.36   8.42   67
  147   42   300   5.72   0.00   3.56   84.89   3.97   7.58   60
  147   60   30   5.72   0.00   3.52   84.09   3.88   8.51   67
  147   60   60   5.69   0.00   4.00   85.07   3.20   7.73   65
  147   62   120   5.81   0.00   2.76   86.45   3.35   7.44   59
  147   63   180   5.68   0.00   3.83   85.41   2.92   7.84   58
  147   63   300   5.89   0.00   3.14   85.72   2.99   8.15   57
  147   62   600   5.89   0.00   0.68   88.33   3.16   7.83   55
  147   40   90   5.76   0.00   3.62   85.61   2.38   8.39   69
同实施例1和3的实验室结果类似，随着所应用处理方法程度的增加(压力或处理时间)，初始未经处理的熟石膏的需水量减少。在大多数情况下观察到可溶性无水石膏含量和剩余石膏含量降低的趋势。

Claims (65)

1.一种处理β半水合硫酸钙的方法，包括：
a.在封闭的压力室中，使粉末状β半水合硫酸钙暴露于大气压以上的压力的蒸汽中。
2.权利要求1的方法，其中步骤a）包括：
i.向压力室中提供β半水合硫酸钙；和
ii.向压力室中提供蒸汽以达到所述压力。
3.权利要求2的方法，还包括：
iii.保持压力室内的压力在大气压以上达至少5秒的停留时间。
4.权利要求3的方法，其中向压力室中提供初始熟石膏温度的β半水合硫酸钙，并向该压力室中提供初始蒸汽温度的蒸汽，并且该方法还包括：
iv.选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间，从而在所述方法过程中使小于2%的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3%。
5.权利要求4的方法，还包括：
v.释放压力并将β半水合硫酸钙冷却至60℃以下的温度；
其中对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择从而在步骤v）期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为二水合硫酸钙。
6.权利要求4的方法，其中初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
7.权利要求4的方法，其中初始熟石膏温度在120℃和190℃之间，初始蒸汽温度在115℃和195℃之间，压力在10psig和200psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
8.权利要求4的方法，其中将压力室加热至室温度，并将压力室内的蒸汽加热至高于初始蒸汽温度的最终蒸汽温度，该方法还包括选择所述室温度从而在所述方法过程中使小于2%的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3%。
9.权利要求8的方法，其中所述室温度在115℃和200℃之间，初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和115℃之间，最终蒸汽温度在115℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
10.权利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供初始蒸汽温度在露点温度+/-5℃之内的蒸汽。
11.权利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供初始温度小于所述露点温度的蒸汽，并将该蒸汽在压力室内加热至所述露点温度+/-5℃之内的最终蒸汽温度。
12.权利要求2的方法，其中提供初始蒸汽温度在100℃和200℃之间的蒸汽。
13.权利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供处于露点温度+/-5℃之内的熟石膏温度的β半水合硫酸钙。
14.权利要求2的方法，其中向所述压力室中提供初始熟石膏温度的β半水合硫酸钙，并向该压力室中提供大于该初始熟石膏温度的初始蒸汽温度的蒸汽。
15.权利要求14的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且所述初始熟石膏温度低于所述露点温度。
16.权利要求1的方法，其中所述压力在0.1psig和210psig之间。
17.权利要求1的方法，其中所述压力在10psig和200psig之间。
18.权利要求3的方法，其中所述停留时间在5秒和900秒之间。
19.权利要求3的方法，其中所述停留时间在5秒和600秒之间。
20.权利要求3的方法，其中在步骤iii）期间，向压力室内提供额外蒸汽。
21.权利要求3的方法，其中在步骤i）至iii）期间，加热所述压力室。
22.权利要求4的方法，其中对所述初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在所述方法过程中减少β半水合硫酸钙中的残留石膏含量。
23.权利要求4的方法，其中对所述初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在所述方法过程中减少β半水合硫酸钙中可溶性无水石膏的含量。
24.权利要求4的方法，还包括选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间，从而在所述方法过程中使β半水合硫酸钙的固化时间增加不多于15%。
25.一种使用权利要求1方法的产品的方法，包括将半水合硫酸钙与水混合以形成一种可浇注浆体。
26.权利要求25的方法，其中将10重量份的半水合硫酸钙与小于7.5重量份的水混合以形成可浇注浆体。
27.一种由权利要求1的方法制备的半水合硫酸钙。
28.一种用于处理β半水合硫酸钙的方法，包括：
a.向压力室中提供一些初始熟石膏温度的β半水合硫酸钙；和
b.向压力室中提供初始蒸汽温度的蒸汽，从而使压力室内达到大气压以上的压力；
其中选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度和压力，从而在步骤a）和b）期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3%。
29.权利要求28的方法，还包括：
c.保持压力室内的压力在大气压以上达停留时间。
30.权利要求29的方法，还包括：
d.释放压力并将β半水合硫酸钙冷却至60℃以下；
其中对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度和压力进一步选择，从而在步骤d）期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为二水合硫酸钙。
31.权利要求29的方法，其中初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
32.权利要求29的方法，其中加热所述压力室，并加热压力室内的蒸汽至高于初始蒸汽温度的最终蒸汽温度。
33.权利要求32的方法，其中初始熟石膏温度在100℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和115℃之间，最终蒸汽温度在115℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
34.权利要求29的方法，其中对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在所述方法过程中减少β半水合硫酸钙中的残留石膏含量。
35.权利要求29的方法，其中对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在所述方法过程中减少β半水合硫酸钙中可溶性无水石膏的含量。
36.一种由权利要求28的方法制备的半水合硫酸钙。
37.一种处理β半水合硫酸钙的方法，包括：
a.向压力室中提供一些温度在120℃和190℃之间的β硫酸钙；
b.向压力室中提供温度在115℃和195℃之间的蒸汽，从而使压力室内达到10psig和200psig之间的压力；和
c.保持压力室内的压力在10psig和200psig之间达5秒和900秒之间。
38.一种由权利要求37的方法制备的半水合硫酸钙。
39.一种制备石膏产品的方法，包括
a.在封闭的压力室中，使粉末状β半水合硫酸钙暴露于大气压以上的压力的蒸汽中；
b.暴露之后，将经暴露的半水合硫酸钙与水混合从而形成一种可浇注浆体；
c.将所述可浇注浆体涂敷至至少一个表面上；
d.使所述可浇注浆体固化从而形成一种固化浆体；和
e.干燥所述固化浆体从而形成石膏产品。
40.权利要求39的方法，其中步骤c）包括以下操作中的至少一种：将所述浆体倒入模型中、将浆体放置在板之间、将浆体倒在地板上以及抽出和喷洒该浆体。
41.权利要求39的方法，其中步骤b）包括将10重量份经暴露的半水合硫酸钙与小于7.5重量份的水混合。
42.权利要求39的方法，其中所述石膏产品选自纤维板、壁板、地板组合物、天花板、外部盖板、石膏块材、吊顶板、高强度粉刷石膏、玻璃纤维增强石膏板、陶瓷模型、雕像、模型熟石膏、制模用熟石膏、建筑模型、铸造用熟石膏、工程用熟石膏、吸收性颗粒、矿沉陷用水泥以及喷浆。
43.权利要求39的方法，其中所述石膏产品为地板。
44.权利要求39的方法，其中步骤a）包括：
i.向压力室中提供β半水合硫酸钙；和
ii.向压力室中提供蒸汽以达到所述压力。
45.权利要求44的方法，还包括：
iii.保持压力室内的压力在大气压以上达至少5秒的停留时间。
46.权利要求45的方法，其中向压力室中提供初始熟石膏温度的β半水合硫酸钙，并向该压力室中提供初始蒸汽温度的蒸汽，并且该方法还包括：
iv.选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间，从而在步骤a）期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3%。
47.权利要求46的方法，还包括：
v.释放压力并将β半水合硫酸钙冷却至60℃以下的温度；
其中对初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在步骤v）期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为二水合硫酸钙。
48.权利要求46的方法，其中初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
49.权利要求46的方法，其中初始熟石膏温度在120℃和190℃之间，初始蒸汽温度在115℃和195℃之间，压力在10psig和200psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
50.权利要求46的方法，其中将压力室加热至室温度，并将压力室内的蒸汽加热至高于初始蒸汽温度的最终蒸汽温度，该方法还包括选择所述室温度从而在步骤a期间使小于2%的β半水合硫酸钙转化为无水硫酸钙，并且β半水合硫酸钙的需水量减少至少3%。
51.权利要求50的方法，其中所述室温度在115℃和200℃之间，初始熟石膏温度在60℃和200℃之间，初始蒸汽温度在100℃和115℃之间，最终蒸汽温度在115℃和200℃之间，压力在0.1psig和210psig之间，并且停留时间在5秒和900秒之间。
52.权利要求44的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供初始蒸汽温度在露点温度+/-5℃之内的蒸汽。
53.权利要求44的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向压力室中提供初始温度小于所述露点温度的蒸汽，并将该蒸汽在压力室内加热至所述露点温度+/-5℃之内的最终蒸汽温度。
54.权利要求44的方法，其中提供初始蒸汽温度在100℃和200℃之间的蒸汽。
55.权利要求44的方法，其中所述蒸汽具有所述压力下的露点温度，并且向所述压力室中提供处于露点温度+/-5℃之内的熟石膏温度的β半水合硫酸钙。
56.权利要求39的方法，其中所述压力在0.1psig和210psig之间。
57.权利要求39的方法，其中所述压力在10psig和200psig之间。
58.权利要求45的方法，其中所述停留时间在5秒和900秒之间。
59.权利要求45的方法，其中所述停留时间在5秒和600秒之间。
60.权利要求46的方法，其中对所述初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在步骤a期间减少β半水合硫酸钙中的残留石膏含量。
61.权利要求46的方法，其中对所述初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间进一步选择，从而在步骤a期间减少β半水合硫酸钙中可溶性无水石膏的含量。
62.权利要求45的方法，其中在步骤iii）期间，向压力室内提供额外蒸汽。
63.权利要求45的方法，其中在步骤i）至iii）期间，加热压力室。
64.权利要求46的方法，还包括选择初始熟石膏温度、初始蒸汽温度、压力和停留时间，从而在步骤a期间使β半水合硫酸钙的固化时间增加不多于15%。
65.一种制备石膏产品的方法，包括
a.根据权利要求1-24中任一项的方法使β半水合硫酸钙暴露于大气压以上的压力的蒸汽中；
b.暴露之后，将经暴露的半水合硫酸钙与水混合从而形成一种可浇注浆体；
c.将所述可浇注浆体涂敷至至少一个表面上；
d.使所述可浇注浆体固化从而形成一种固化浆体；和
e.干燥所述固化浆体从而形成石膏产品。
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