CN114230298B - 一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉 - Google Patents

Abstract

一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，由以下原料混配制成：主料脱硫石膏α石膏粉，辅料引气剂、悬浮稳定剂和保水剂。本发明陶瓷模具石膏粉成型后具有较宽的吸水范围、较高的硬化体抗压强度、较强的耐磨性及耐蚀性和较低的膨胀系数，能够完全代替天然石膏粉用于陶瓷模具行业；能够满足数百次的滚压工艺要求，显著提高了模具的使用寿命；特别适用于日用陶瓷模具制作；且本发明石膏粉制作工艺简单，制造成本低。

Description

一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉

技术领域

本发明涉及一种陶瓷模具石膏粉，尤其是涉及一种用工业副产脱硫石膏代替天然石膏为主要原料制成的陶瓷模具石膏粉。

背景技术

目前，陶瓷模具石膏粉主要以天然石膏为原料制成。

但是，天然石膏矿地域分布不均，远离消费市场，且贫矿多，富矿少，开采难度大；因石膏矿的大量开采而带来的生态环境破坏，如矿区地面塌陷频发等，也越来越严重。

脱硫石膏是一种工业副产品，主要由火力发电厂烟尘脱硫形成。其成分与天然石膏基本相同。作为工业副产物，利用成本很低，且主要分布在城市周边，产出地均匀分布，若能代替天然石膏，加以开发利用，可节约巨额天然石膏开发成本和石膏产品运输成本。

CN101993231A于2011年3月30日公开了一种陶瓷模具石膏粉的制备方法。该方法是先将脱硫石膏在煅烧窑内进行煅烧，然后，在经过煅烧处理后的石膏粉中掺入1~10‰的减水剂、 0～5‰的缓凝剂、0.2～50‰的保水剂、0～5‰ 的增强剂以及其它的填充材料 0~20％进行改性；其特征是，高温煅烧段的煅烧温度为800℃～1000℃，低温煅烧段的煅烧温度为200℃～ 600℃；所得石膏粉包括α和β石膏粉的混合相，且高温煅烧时，会产生部分无水相石膏，难以控制石膏产品质量的稳定性，不利于石膏模具成型；能耗高，制造成本高。

CN104609813A于2015年5月15日公开了一种制备陶瓷模具石膏粉的方法，原料包括主料和辅料；主料的组分包括脱硫石膏和柠檬酸石膏，所述脱硫石膏和柠檬酸石膏质量百分比为3︰1～5︰1；所述辅料包括缓凝剂、硫酸钙晶须和生石灰，其中缓凝剂占主料的质量分数为 0.1～0.5‰，硫酸钙晶须占主料的质量分数为0～2％，生石灰占主料的质量分数为0～2％。制备方法如下：（1）将脱硫石膏和柠檬酸石膏放入流化床煅烧系统进行煅烧 ； （2）将煅烧后的主料用粉磨设备进行粉磨；（3）在粉磨后的主料中加入辅料进行改性。煅烧温度150～160℃。所述石膏粉吸水率高、凝结膨胀率受到抑制。虽然煅烧温度低，但煅烧所得的石膏粉亦为β石膏粉，耐磨性、耐蚀性和强度较低，使用寿命短。

CN 111792861 A于2020年10月20日公开了一种应用脱硫石膏制备高强度陶瓷模具石膏粉的方法：它包括如下步骤：S1、预烘干；S2、炒制；S3、研磨；S4、陈化；S5、磁选除铁；S6、添加剂改性；S7、包装。其中预烘干的温度为120℃；炒制的炉温为700℃，炉中的脱硫石膏粉的温度为160～180℃，炒制至脱硫石膏原料中的结晶水为4.5至5.2；研磨使用球磨机研磨至颗粒度小于3微米；步骤S6中的添加剂包括减水剂、缓凝剂、消泡剂。该方法操作步骤复杂，能耗高，生产成本高；且制得的石膏粉亦为β粉和无水石膏的混合相石膏，耐磨性能、耐蚀性能差，使用寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，用其制成的陶瓷模具，吸水率较高，膨胀系数低，抗压强度较高，耐磨性和耐蚀性能优良，使用寿命长；制备方法操作简便，能耗低，生产成本低。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，由以下原料混合配制而成：主料脱硫石膏α石膏粉，辅料引气剂、悬浮稳定剂和保水剂。

研究表明，纯α相石膏粉硬化体较α和β混合相石膏粉或单纯的β相石膏粉硬化体，具有更优异的耐磨性能和耐蚀性能，因而由其制成的陶瓷模具的使用寿命长得多。

进一步，各原料的重量份配比为：脱硫石膏α石膏粉98-100份，引气剂0.005-0.01份（优选0.007-0.008份），悬浮稳定剂0.1-0.3份（优选0.2份），保水剂0.2-0.5份（优选0.3-0.4份）。

进一步，所述引气剂为松香类引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂、皂角苷类引气剂中的一种或几种，优选皂角苷类引气剂。耐蚀性在拌和的浆料中可以稳定的产生微小的气泡，能极大的提高石膏硬化体中的孔隙率，提高吸水率和吸水速率。研究表明，优选适量引气剂的加入，还有利于延长模具的使用寿命。

进一步，所述悬浮稳定剂为木质素磺酸盐、水溶性生物多糖化合物、钠基膨润土和气相二氧化硅中的一种或几种，优选水溶性生物多糖化合物。悬浮稳定剂通过空间位阻和静电斥力，防止带微小气泡的石膏浆料沉降。

进一步，所述保水剂为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、400羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或几种，优选400羟丙基甲基纤维素。保水剂具有保水增稠作用，可以保证浆料在高于标准用水量的情况下，浆料不泌水分层，并提高浆体的流动性能。

进一步，所述脱硫石膏α石膏粉符合GB/T 37785-2019《烟气脱硫石膏》中三级石膏的规定标准。

制备方法：将所述各原料混合均匀，即成。

进一步，所述脱硫石膏α石膏粉，优选采用以下方法制备而成：

（1）将脱硫石膏原料与转晶媒介混合均匀，得混合料；

（2）将步骤（1）所得的混合料置于密闭容器中进行脱水和结晶反应，反应的温度为120～150℃，反应的压力为0.2~0.5Mpa，反应的时间为2~5小时，然后进行干燥，得短柱状α石膏晶体；

（3）将步骤（2）所得的短柱状α石膏晶体，用球磨机粉磨改性，然后陈化，得脱硫石膏α石膏粉。

进一步，步骤（1）所得混合料经过磁选除铁后再进行步骤（2）。

进一步，步骤（1）中，所述转晶媒介由磷酸钙、硫酸铝和柠檬酸钠按重量比（14～18）:（40～50）:2混配而成；转晶媒介的加入量为脱硫石膏原料重量的1.2～1.6%；转晶媒介优选为由磷酸钙、硫酸铝和柠檬酸钠按重量比15:45:2混配而成；转晶媒介的加入量优选为脱硫石膏原料重量的1.3%。

进一步，步骤（2）中，所述脱水和结晶反应的温度为130～140℃，优选134～136℃，更优选135℃，所述脱水和结晶反应的压力为0.3～0.5Mpa、优选为0.4Mpa，反应的时间为2.5～3.5h，优选3h。

进一步，步骤（2）中，干燥的温度≥100℃，干燥的时间为2-3小时；优选干燥的温度为102～106℃，更优选105℃；干燥的时间为1.5～2.5h，更优选2h。

所述脱水、结晶反应和干燥均在同一密闭容器内进行。

进一步，步骤（3）中，所述α石膏晶体粉磨的细度为100～120目。

用脱硫石膏α石膏粉、引气剂、悬浮稳定剂、保水剂，按照所述比例配制的陶瓷模具石膏粉的用水量在0.55-0.6之间的用水量下，其初凝时间在8-12min，2小时抗折强度≥3.5Mpa，绝干抗压强度≥22Mpa，吸水率在30-34%之间。

与现有陶瓷模具石膏粉相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明陶瓷模具石膏粉以主料脱硫石膏α石膏粉，辅料引气剂、悬浮稳定剂和保水剂混配制成，各组分相互协同，相得益彰，解决了以往蒸煮法和直接煅烧法生产的石膏产品质量难以控制，且产品为α半水石膏和β半水石膏混合物的难题，仅对脱硫石膏α石膏粉进行复配；通过复配工艺，显著提高陶瓷模具石膏粉的吸水率，降低膨胀系数，提高产品质量稳定性；（2）以纯脱硫石膏α石膏粉为基料，混配适当辅料，有效提高了石膏粉硬化体的抗压强度；大幅改善了石膏粉硬化体的耐磨性和耐蚀性，加之提高了吸水率，降低了膨胀系数，且产品能够满足数百次的滚压工艺要求，从而显著延长陶瓷模具的使用寿命；（3）复配不必使用缓凝剂；（4）制备工艺简单，制造成本低；（5）以电厂脱硫副产物脱硫石膏为主要原料制成，原料价廉易得，并实现了固体废物的资源化综合利用，从而降低高强石膏使用成本，开辟了工业副产脱硫石膏高端利用的新途径，对开创石膏行业新局面具有重要意义。

本发明陶瓷模具石膏粉特别适用于日用陶瓷模具的制作。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例陶瓷模具石膏粉，由以下重量份的原料混配制成：脱硫石膏α石膏粉99.5份，引气剂0.007份，悬浮稳定剂0.2份，保水剂0.3份。

将所述原料混合均匀，即成。

所述脱硫石膏α石膏粉，采用以下方法制成：

（1）将脱硫石膏原料与转晶媒介混合均匀，该转晶媒介由磷酸钙、硫酸铝和柠檬酸钠按重量比15:45:2组成，转晶媒介的加入量为脱硫石膏原料重量的1.3%，得混合料；

（2）将步骤（1）所得的混合料在密闭容器中进行脱水和结晶反应，反应的温度为135℃，反应的压力为0.4Mpa，反应的时间为3h，然后进行干燥，干燥的温度为105℃，干燥的时间为2h，脱水反应和干燥均在同一密闭容器内进行，得短柱状α石膏晶体；

（3）将步骤（2）所得的短柱状α石膏晶体，用球磨机粉磨改性，将α石膏晶体粉磨至细度为120目，然后陈化，即得脱硫石膏α石膏粉。

本实施例的日用陶瓷模具石膏粉，使用时用水量为总重量的0.58。

实施例2

本实施例2由以下重量份的原料混配制成：脱硫石膏α石膏粉99.0份，引气剂0.008份，悬浮稳定剂0.2份，保水剂0.4份。

实施例2与实施例1所用脱硫石膏α石膏粉的制备方法一致。

本实施例的陶瓷模具石膏粉，使用时用水量为总重量的0.58。

对比例1

本对比例由以下重量份的原料混配制成：脱硫石膏α石膏粉99.5份，悬浮稳定剂0.2份，保水剂0.3份。

对比例与实施例脱硫石膏α石膏粉的制备方法一致。

本对比例的陶瓷模具石膏粉，使用时用水量为总重量的0.58。

对比例2

陶瓷模具石膏粉为市购天然石膏α石膏粉和β粉的混合陶瓷模具石膏粉，用水量为总重量的0.58。

性能检测：

按照 QB/T 1640-1992《陶瓷模用石膏物理性能测试方法》技术标准，将本发明实施例与对比例陶瓷模具石膏粉进行流动度、2h抗折强度、初凝时间、终凝时间、膨胀率、绝干2h吸水率、绝干抗折强度、绝干抗压强度进行检测，并实地在陶瓷厂进行线上寿命测试，检测结果见下表。

从表中数据可见，本发明陶瓷模具石膏粉的吸水率有明显提高，膨胀系数有明显降低；模具硬化体的绝干抗压强度度，较天然石膏α石膏粉和β粉混合陶瓷模具石膏粉有明显提高；使用寿命（次数）大幅延长。

Claims (9)

1.一种用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，由以下原料混配制成：主料脱硫石膏α石膏粉，辅料引气剂、悬浮稳定剂和保水剂；各原料的重量份配比为：脱硫石膏α石膏粉98-100份，引气剂0.005-0.01份，悬浮稳定剂0.1-0.3份，保水剂0.2-0.5份；所述悬浮稳定剂为木质素磺酸盐、钠基膨润土、水溶性多糖化合物和气相二氧化硅中的一种或几种；所述脱硫石膏α石膏粉，采用下列方法制成：

（1）将原料脱硫石膏与转晶媒介混合均匀，得混合料；所述转晶媒介由磷酸钙、硫酸铝和柠檬酸钠混配而成；磷酸钙、硫酸铝和柠檬酸钠的重量比为14～18:40～50:2；转晶媒介的加入量为脱硫石膏原料重量的1.2～1.6%；

（2）将步骤（1）所得的混合料置于密闭容器中进行脱水和结晶反应，反应的温度为120～150℃，反应的压力为0.2~0.6Mpa，反应的时间为2~5小时；然后进行干燥；得短柱状α石膏晶体；

（3）将步骤（2）所得的短柱状α石膏晶体，用球磨机粉磨改性，然后陈化，即得脱硫石膏α石膏粉。

2.根据权利要求1所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，各原料的重量份配比为：脱硫石膏α石膏粉98-100份，引气剂0.007-0.008份，悬浮稳定剂0.2份，保水剂0.3-0.4份。

3.根据权利要求1所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，所述引气剂为松香类引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂、皂角苷类引气剂中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，所述保水剂为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、400羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或几种。

5.根据权利要求1-4之一所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，所述脱硫石膏α石膏粉，采用下列方法制成：

（1）将原料脱硫石膏与转晶媒介混合均匀，得混合料；

（2）将步骤（1）所得的混合料置于密闭容器中进行脱水和结晶反应，反应的温度为130～140℃，反应的压力为0.3～0.5Mpa，反应的时间为2.5～3.5h小时；然后进行干燥；得短柱状α石膏晶体；

（3）将步骤（2）所得的短柱状α石膏晶体，用球磨机粉磨改性，然后陈化，即得脱硫石膏α石膏粉。

6.根据权利要求5所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，所述脱硫石膏α石膏粉，采用下列方法制成：

（1）将原料脱硫石膏与转晶媒介混合均匀，得混合料；

（2）将步骤（1）所得的混合料置于密闭容器中进行脱水和结晶反应，反应的温度为134～136℃，反应的压力为0.4Mpa，反应的时间为3小时；然后进行干燥；得短柱状α石膏晶体；

（3）将步骤（2）所得的短柱状α石膏晶体，用球磨机粉磨改性，然后陈化，即得脱硫石膏α石膏粉。

7.根据权利要求1所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，步骤（1）所得混合料经过磁选除铁后再进行步骤（2）。

8.根据权利要求1或7所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，步骤（2）中，干燥的温度≥100℃，干燥的时间为2-3小时。

9.根据权利要求1或7所述的用脱硫石膏制成的陶瓷模具石膏粉，其特征在于，步骤（3）中，将短柱状α石膏晶体粉磨至细度为80~200目。