石膏品位及其组成测试计算.docx

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1、引言石膏建材工业在我国已经迅速地得到发展,在生产工艺过程和科研设计工作中,对石膏原料的质量要求与控制比以往更加严格,具有一定生产能力的工艺设备相应地要求有一定品位（即CaSO42H2O含量）的石膏原料。石膏品位的过高或过低,将引起工艺过程的不平衡。石膏原料中杂质的种类和含量,不仅影响工艺设计中的设备选型,还影响到应用性能的发挥“儿因此无论是建厂设计或生产工艺控制过程,都要首先对所选用的石膏原料有明确的质量要求以及对质量情况的全面了解。衡量石膏原料质量高低的指标有:石膏品位、矿物组成及有害成分Na+、K+和C1的含量。国内在石膏品位的计算方法上看法尚不一致,并忽视了矿物组成的计算。同时,与计算石

2、膏品位有直接关联的结晶水的测定温度,不仅在国内,而且在国外都没完全统一。本文以6个矿山近20种天然石膏和2种化学石膏样品为研究对象,对其进行较为系统的物理化学分析,初步确定影响石膏品位的主要杂质的种类,着重探讨了石膏品位和矿物组成的计算方法,以及结晶水的测定温度,为全面了解各种石管原料的质量情况提供一定依据。1、原材料及试验方法试验中所用的石膏原料为山西的灵石、西山,宁夏的干塘、小红山以及湖北应城等地的天然石膏,南京化学公司的磷石膏、湖南湘乡的氟石膏。石膏原料经磨细全部通过4900孔筛,取3040g试样,平铺于表面皿上,于5560C烘3h,以烘干过的试样作为化学分析的基准。SO3用重量法测定,

3、CaO、Mg0、AI2O3和Fe2O3用EDTA容量法测定,K2O和Na2O用火焰光度法测定,CCh用盐酸分解法测定。测定结果见表1。表】各种原料石膏的化学成分学成分原料产H2O(360DSO3CaO酸不溶物UO.(MgOKzONa：()C()?总量灵石Is,18.7141.9533.531.7800.260.40.150.023.44100.27灵石2-16.9638.4232.860.800.040.263.130.100.047.84100.48灵石320.3845.3833.540.1600.1300.100.090.79100.57灵石5。19.3146.0333.610.900.0

4、700.330.120.061.19101.62西山In6.3313.1728.249.240.550.3112.800.580.0528.3599.62西山214.4447.7835.380.8400.180.220.120.051.34100.35干塘14.5132.3829.0115.800.660.380.980.810.085.15100.17干塘220.0045.2132.481.420.0600.160.130.160.91100.53干塘3-20.6046.1032.140.520.060.0700.070.050.2299.87小红山1-17.4939.1036.240.28

5、00.190.050.070.086.72100.22小红山2*16.1735.9837.520.4800.120.270.090.049.65100.32应城1-20.4745.7931.881.460.060.120.320.160.090.17100.52应城312.5133.2426.8417.820.060.821.841.010.724.8599.71应城14.2632.3427.6717.760.211.010.70J.070.684.54100.24浙川1-16.1135.7428.9414.840.400.750.223.31100.31南京磷石膏20.3943.7031.9

6、72.2000.610.150.0199.03湖南氟石膏18.9539.9034.390.7500.661.3395.982、品位的计算方法二水硫酸钙（CaSo42HzO）的脱水和再水化过程是石膏工业的工艺基础。如前所述原料石膏中的无水硫酸钙是一种无用的杂质,所谓石膏品位是指原料中二水硫酸钙的百分含量。若原料是纯净的二水硫酸钙,其化学组成为CaO=32.58%、SO3=46.51%H2O=20.91%o将此化学组成换算成二水硫酸钙的含量为100%,即CaSO42H2O%=4.78H2O=2.15SO3=3.07CaO“=100。为了方便起见,以下称4.78比0为“水值”,2.15SO3为“硫值

7、”,3.07CaO为钙值”。实际上,在各种原料石膏中,总是或多或少地含有其他杂质。若杂质的成分不包含H2O.SO3和CaO,则4.78H2O=2.5SO3=3.07CaO100物相分析表明,石膏原料中常见的主要杂质为碳酸盐、硫酸盐和黏土矿物,这些杂质的成分中包含了H20、SO3和CaO,因此原料的化学分析所得到的H2O.SO3和CaO的总量不能代表二水硫酸钙中的H2。、SO3和CaO的量。一般情况下,4.78H22.15S3r3.07CaO,而且每个值可能大于100,但只能有两个以下的值大于100。假定在4.78H20、2J5SO3和3.07CaO三者之中有一个受杂质的影响最小或不受影响,那么

8、其数值一定更接近于或者等于真实的二水硫酸钙的含量,且为三者中的最小值,必定小于100;反之,若三者中的一个为最小值,则该值也必定受杂质的影响最小或不受影响,即是该值最接近于或等于真实的二水硫酸钙含量。因此,以水值、硫值和钙值三者中的最小值作为石膏的品位是比较合理的,把它叫作“水、硫、钙最小值品位计算法”【叫将表I中的H20、SO3和CaO换算成水值、硫值和钙值列于表2。由表2可以看出,绝大部分天然石膏的水值为最小值,只有西山I#和淅川I#的水值稍大于硫值,而它们的钙值大都属于最大值。由此可见,对天然石膏而言,以结晶水为基准计算品位比较切合实际,以CaO计算是最不精确的。另外,从主要杂质的化学成

9、分来分析,也是以结晶水计算较为精确。CaCo3中的CaO为56%,原料中如有1%的CaCO3则钙值将增加3.07x0.56=1.72;CaSO4中的Cao为41.18%,SCh为58.82%,原料中有1%的CaSO4则钙值将增大3.07x0.41=1.26,硫值增大2.150.59%=1.27,虽然影响结晶水的杂质主要为黏土矿物,但黏土矿物平均结晶水含量总共只有4%5%。如果原料中含有与CaCO3、CaS（等量的黏土矿物,则黏土杂质对水值的影响比碳酸盐杂质对钙值、硬石膏杂质对钙、硫值的影响要小得多。3、结晶水的测定如前所述,天然石膏的品位以结晶水计算比较精确,但是在建材行业,过去大都采用建筑材

10、料化学分析中的石膏分析方法,即在350400C下测定结晶水含量,表1中的数值即是在此温度区间测定的。这么高的温度将会引起原料中黏土矿物部分脱水以及可能存在的自然硫和有机物失重,给测定的结果造成正偏差。特别是低品位的黏土质石膏,黏土杂质对结晶水及其水值的影响是不容忽视的。国内外测定石膏结晶水的温度很不相同。应该在多高的温度下测定,既能保证二水硫酸钙的充分脱水,又使杂质的影响减少到最低限度,这是值得研究的问题,为此,我们进行了以下的试验：（1）将纯二水石膏和各种原料石膏试样分别在360、230、180、130和100下测定其结晶水含量,见表2。（2）将40%黏土与60%纯水二水石膏的混合物在上述各

11、温度下测定其结晶水含量,见表4。由表2可知,纯二水石膏试样只有在360下才能完全脱水,测得的结晶水含量达20.91%,与理论计算值一致,在给定恒温时间内的其他温度都不能达到完全脱水。但在230和180下测定的结果已很接近于理论值,其负偏差分别为0.24%和0.37%,相应于水值4.78比0计算品位的负偏差分别为1.15%和1.77%。在130和100C下测得的结果与理论值相差较大,而且测定的时间延长到410h.对于各种石膏原料来说,少数几种在230和I80C下测得的数值与360测得的几乎一样或非常接近,例如灵石1#和灵石2#。大多数样品都有一定的差异,黏土质石膏例如应城3#、应城4种和淅川1#

12、的差异较大,但最大不超过06%,表2结晶水含量测试对比峥科产地水硫钙值结晶水含址水值(4.78HZo)硫值(2.15SQI)钙值(3.07CaO)360C(2h)230。(2h)180C(2h)130C(4h)100r(IOh)触二水石青IOO1IOO20.9120.6720.5420.1819.49灵石1，89.4390.19102.9318.7118.7018.5818.121&00灵石81.0782.601.8816.9616.9516.9116.4416.29灵石3,97.4297.56102.9620.3820.2820.1619.7719.91灵石5”92.3098.96103.1

13、819.3119.2519.1818.61/西山130.2628.3266.706.086.335.925.585.64西山2.69.02107.72108.6214.4414.3414.2114.12/干塘1-69.3669.6289.0614.5114.4314.1614.09/干J2，95.6097.2099.7120.0019.9319.8319.69/干第3#98.4799.1298.7920.6020.4220.3020.24/小红山183.6084.07111.2617.4917.4217.3117.02/小红山2977.2977.36115.2S16.1516.0415.8715.63/应城1,97.8598.4597.8720.4720.3220.1419.87/应城349.8071.4782.3912.5112.2012.0511.73/应城4，68.1669.5384.9514.2614.0313.8413.84/淅川1,77.0176.8488.8516.H15.9015.6615.48/曲京磷石膏97.4693.969&1520.3920.2820.0819.71/湖南氟石膏90.5885.79105.5718.9518.8218.601