CN112341115B - 一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域，尤其涉及一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法。该方法主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后，压制成型为石膏板后，脱模，向石膏板表面进行喷水处理一段时间，期间，始终保持石膏板的表面为湿润状态，喷水处理后再烘干，即可得到所述无纸面无纤维高强石膏板。本发明所需方法仅需一台液压压机、一次压制成型，不需配备多台压机，进行多次加压，因此，生产工艺更简单，生产设备系统得到减化，设备投入可大幅降低，相应的设备的折旧、维护、电耗等成本也可大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域，尤其涉及一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法。
背景技术
磷石膏是磷化工企业排放的大宗固体废弃物。堆积成山的磷石膏存在侵占土地资源、污染土壤和水体等生态环境问题，是制约我国磷化工行业发展的卡脖子问题。解决磷石膏问题的最佳途径是推动磷石膏的资源化。大量学者研究了磷石膏资源化技术，并得到了实际应用。其中，利用磷石膏生产纸面石膏板是一项有效途径。然而，磷石膏中含有无机盐。在纸面石膏板干燥过程中，水分将无机盐从石膏浆体带到石膏芯与纸面的交接面，形成无机盐层，影响了纸面与石膏芯的粘结性能，严重时会导致纸面脱落，产生废品。解决思路通常是对磷石膏进行水洗脱盐预处理，但会增加生产成本，且需要对脱盐废水进行无害化处理。另一方面，纸面石膏板的机械强度低，构筑的墙体容易破损。可见，利用磷石膏制备纸面石膏板存在纸面脱落、强度低的不足。
石膏板是以石膏为主要原料制成的板状建筑材料。石膏板主要品种有：纸面石膏板、纤维石膏板、装饰石膏板、石膏吸音板等。纸面石膏板是以石膏料浆为夹芯，两面用纸作护面而成的一种轻质板材，其中护面纸可为石膏板提供70％左右的强度支撑。纤维石膏板是以石膏为胶凝材料，用各种有机或无机纤维(如纸纤维、草木纤维、玻璃纤维等)作为增强材料而制成的建筑板材。现有纸面石膏板需要使用纸张作为护面来增加强度，纤维石膏板需要使用纤维来增强强度，但由于纸或纤维本身的生产过程存在坏境污染，且价格较高。
专利号ZL201811033558.4“无纸面无纤维石膏板的生产工艺”提出了多轮加压水化工艺来制备无纸面无纤维石膏板，可以有效避免纸面、纤维的使用，提高生态环保效应；同时，由于不使用纸面，可有效解决利用磷石膏制备石膏板过程中纸面脱落的问题，为磷石膏的资源化提供了新的工艺方案。但该专利所采用的多轮加压水化方式，在实际生产中，存在生产线长、压机数量配置较多、生产过程成本较高等不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用磷石膏作为原料制备无纸面无纤维高强石膏板的生产工艺。
一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后，压制成型为石膏板后，脱模，向石膏板表面进行喷水处理一段时间，期间，始终保持石膏板的表面为湿润状态，喷水处理后再烘干，即可得到所述无纸面无纤维高强石膏板。
进一步地，其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于150～180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制成型：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并快速搅拌均匀后，将掺水后的半水磷石膏输送至模具内，并于5～25MPa压力下加压压制成型为石膏板后，脱模；
S3、喷水水化：将S2得到的石膏板直接平推到辊道输送装置上，随辊道输送装置向前运行10～30min，期间，不断向石膏板表面喷水，保持石膏板表面湿润；
S4、干燥：将S3得到的喷水水化完全的石膏板于60～80℃的温度条件下进行烘干处理，待石膏板完全烘干后，即得到所述无纸面无纤维高强石膏板。
进一步地，所述磷石膏为含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏。
进一步地，S2中采用液压压机对掺水后的半水磷石膏进行加压成型。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其具有以下有益效果：
(1)与专利号为ZL201811033558.4的专利相比，本发明仅需一台液压压机、一次压制成型，不需配备多台压机，进行多次加压，因此，生产工艺更简单，生产设备系统得到减化，设备投入可大幅降低，相应的设备的折旧、维护、电耗等成本也可大幅降低；
(2)本发明首先掺少量的水，使半水磷石膏粉体能够被压制成致密的坯体，但所掺水量不足于使石膏板坯体中的半水磷石膏完全水化；而在后期的喷水水化过程中，未水化的半水磷石膏充分接触水分，逐步水化成二水石膏，所生产的二水石膏晶体相互紧密搭接、咬合，提高了二水石膏晶体间的摩擦力和粘结力，从而有效地提高了由二水石膏晶体构成的石膏板成品的机械强度，其抗折强度可达8MPa以上，高于传统纸面石膏板或纤维石膏板；
(3)本发明仅使用磷石膏作为原料，不使用纸面作增强护面，不使用纤维作增强材料，不掺加增强剂、起泡剂、消泡剂等添加剂，原料构成单一，原料来源经济、环保，原料成本低；
(4)本发明因不使用纸面护面，不存在纸面从石膏板上脱落问题，因此，不需要对磷石膏进行水洗脱盐预处理，从根本上解决了磷石膏中无机盐对石膏板制备的影响和脱盐废水的二次环境污染问题。
附图说明
图1是本发明所述一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏；向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后，通过布料装置，填入液压压机的模具中；启动压机，加压压制成型为石膏板；利用压机脱模装置脱模并推出石膏板；对石膏板进行喷水，水由表面渗入石膏板坯体的内部，促使石膏板中的半水磷石膏全部水化为二水石膏，使石膏板产生强度，即得到无纸面无纤维高强石膏板。
本发明以磷化工企业湿法生产磷酸过程中排放的含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏作为原料，但在实际应用中，不排除采用上述工艺步骤，利用天然石膏、脱硫石膏、氟石膏、柠檬石膏等作为原料，制备出无纸面无纤维高强石膏板。
请参考图1，其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于150～180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制成型：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并快速搅拌均匀；随后立即将掺水后的半磷水石膏输送至常规液压压机的布料装置，并快速填入压机的模具中；启动压机，于5～25MPa压力下加压压制成型为石膏板；利用压机的自动脱模装置，脱模并推出石膏板；
S3、喷水水化：将S2得到的石膏板直接平推到辊道输送装置上，随辊道输送装置向前运行10～30min，期间，不断向石膏板表面喷水，保持石膏板表面湿润，在此过程中，水由表面渗入石膏板坯体的内部，促使石膏板中的半水石膏全部水化为二水石膏；
S4、干燥：将S3得到的喷水水化完全的石膏板平推到辊道式干燥窑中，于60～80℃烘干，出窑后，即得到无纸面无纤维高强石膏板产品。此外，需要说明的是，本发明中的烘干方式不限于S4所记载的技术方案，还可采用自然风干或机械吹风风干的方式，使湿石膏板干燥，只是石膏板产品的强度有所下降。在实际应用中，如果对石膏板产品的强度要求不高，可以选择自然风干或者机械吹风风干方式。
在此，需要说明的是，本发明中所提及的液压压机、辊道输送装置和辊道式干燥窑均为现有设备，如现有技术中型号为科达KD2508型的液压压机即可作为本发明中所述液压压机的具体实施例，现有技术中的辊道输送机即可作为本发明中辊道输送装置的具体实施例。因此，本发明对其具有结构和工作原理不再进行赘述。
本发明所述方法：(1)磷石膏的主要成分是二水石膏(即二水硫酸钙CaSO4·2H2O)，通过S1干燥脱水，可将二水石膏转化为半水石膏(即半水硫酸钙CaSO4·0.5H2O)。
(2)在S2中，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后及时压制成型，得到石膏板坯体。在搅拌过程中，水主要通过表面张力、氢键，将半水磷石膏粉体粘结成颗粒，以利于布料、填模、压制操作；在压制过程中，在水的润滑作用下，有利于半水磷石膏粉体颗粒相互靠近、接触、咬合，同时，借助水的表面张力、氢键力，以及部分半水磷石膏的水化胶凝作用，最终使半水磷石粉体成型为有一定强度的坯体，以利于后续的生产操作。
(3)由于S3中的掺水量不足以与所有半水磷石膏发生水化反应，必然有一部分半水磷石膏未发生水化反应，因此，通过S3，向石膏板坯体表面不断喷水，水渗入到坯体内部，可使坯体中剩余的半水磷石膏与水充分发生水化反应，全部生成相互结合的二水石膏胶凝体，从而赋予石膏板坯体更大的机械强度。
(4)经过S3的喷水水化操作后，石膏板坯体要及时通过S4进行干燥处理。因为水化完成之后的剩余水分，会使石膏板坯体发生溶胀副作用，使坯体的强度降低。
为了便于测试，本发明实施例制备的无纸面无纤维石膏板厚度均为12mm左右。
<实施例1>
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于170℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制成型：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:20混合，并快速搅拌均匀；随后立即将掺水后的半水磷石膏输送到布料装置，快速填入液压压机的模具中；启动压机，于20MPa压力下加压压制成型为石膏板；利用压机的自动脱模装置，脱模并推出石膏板；
S3、喷水水化：将S2得到的石膏板直接平推到辊道输送装置上，随辊道输送装置向前运行30min，期间，不断向石膏板表面喷水，保持石膏板表面湿润，水由表面渗入石膏板坯体的内部，促使石膏板中的半水石膏全部水化为二水石膏；
S4、干燥：将S3得到的喷水水化完全的石膏板平推到辊道式干燥窑中，于60℃烘干，出窑后，即得到所述无纸面无纤维高强石膏板产品。
本实施例用磷石膏制得的无纸面无纤维石膏板的抗折强度(以“断裂模数”表示)测试值为14MPa。
<实施例2>
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于170℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制成型：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:20混合，并快速搅拌均匀；随后立即将掺水后的半水磷石膏输送到布料装置，快速填入常规液压压机的模具中；启动压机，于10MPa压力下加压压制成型为石膏板；利用压机的自动脱模装置，脱模并推出石膏板；
S3、喷水水化：将S2得到的石膏板直接平推到辊道输送装置上，随辊道输送装置向前运行20min，期间，不断向石膏板表面喷水，保持石膏板表面湿润，水由表面渗入石膏板坯体的内部，促使石膏板中的半水石膏全部水化为二水石膏；
S4、干燥：将S3得到的喷水水化完全的石膏板平推到辊道式干燥窑中，于60℃烘干，出窑后，即得到无纸面无纤维高强石膏板产品。
本实施例用磷石膏制得的无纸面无纤维石膏板的抗折强度(以“断裂模数”表示)测试值为10MPa。
此外，在本发明所述的无纸面无纤维高强石膏板的生产工艺中，可通过在半水磷石膏中掺加防水剂(现有技术中能达到提高石膏板防水性能的防水剂均可作为本发明中防水剂的具体实施例)的方式，来提高石膏板的防水性能，制得防水石膏板；或者，对所制得的无纸面无纤维高强石膏板，可继续通过喷涂或浸渍防水剂的方式，来制得防水石膏板。对所制得的无纸面无纤维高强石膏板，可继续通过喷涂或者浸渍涂料的方式，来制取免漆石膏板。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀，压制成型为石膏板后，脱模，向石膏板表面进行喷水处理一段时间，期间，始终保持石膏板的表面为湿润状态，喷水处理后再烘干，即可得到所述无纸面无纤维高强石膏板；
其具体包括以下步骤：
S1、干燥脱水：将磷石膏在常压条件下于150～180℃干燥脱水，得到半水磷石膏；
S2、压制成型：将S1所得的半水磷石膏与水按质量比100:10～30混合，并快速搅拌均匀后，将掺水后的半水磷石膏输送至模具内，并于25MPa压力下加压压制成型为石膏板后，脱模；
S3、喷水水化：将S2得到的石膏板置于辊道输送装置上，随辊道输送装置向前运行10～30min，期间，不断向石膏板表面喷水，保持石膏板表面湿润；
S4、干燥：将S3得到的喷水水化完全的石膏板于60～80℃的温度条件下进行烘干处理，待石膏板完全烘干后，即得到所述无纸面无纤维高强石膏板。
2.根据权利要求1所述的一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其特征在于，所述磷石膏为含二水硫酸钙高于80wt％的工业废石膏。
3.根据权利要求2所述的一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法，其特征在于，S2中采用液压压机对掺水后的半水磷石膏进行加压成型。
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