石膏的物理化学

第三章石膏的物理化学石膏建材生产与质量控制技能培训2主要内容石膏的分类石膏及石膏制品的特性石膏品位及矿物成分计算方法石膏结晶水的测定方法熟石膏相分析石膏脱水相水化硬化机理石膏建材生产与质量控制技能培训第一节石膏的分类按照来源不同可分为：天然石膏工业副产石膏:烟气脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏硬石膏CaSO4二水石膏CaSO4•2H2O石膏建材生产与质量控制技能培训others,32%anhydrite,60%specialhigh-grateandfirst-gradegypsum,8%我国天然石膏矿组成我国天然石膏资源丰富，储量超过600亿吨。但是石膏资源分布不均匀，主要集中在山东、内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、安徽、江苏和四川等9省。而且在我国的石膏资源中高等级石膏含量并不多，仅占8%左右，其中纤维石膏约为总量的1.8%。因此，在我国的大部分地区获得优质天然石膏非常不容易。工业副产石膏如果不能很好的利用，就会变成地面固体废弃物污染，增加生态环境的压力。反之，用工业副产石膏替代天然石膏使用，不仅有益于环境而且能保护日益枯竭的石膏矿资源，这对于石膏矿储量少或者石膏矿品位低的地区尤为重要。石膏建材生产与质量控制技能培训按照工业产品可分为：建筑石膏:β-CaSO4•½H2O，不小于60%高强石膏:α-CaSO4•½H2O浇注石膏:CaSO4粉刷石膏:β-CaSO4•½H2O和CaSO4改性石膏:β-CaSO4•½H2O石膏建材生产与质量控制技能培训按照矿物成分可分为:二水石膏:Dihydrate(DH)半水石膏:Hemihydrate(HH)无水石膏:Anhydrite(A)可溶性无水石膏,AⅢ不溶性无水石膏,AⅠ和AⅡ石膏建材生产与质量控制技能培训第二节石膏及石膏制品的特性二水石膏的热稳定性石膏的多相转变特性石膏制品的防火功能石膏制品的干燥特点石膏制品的呼吸性能石膏建材生产与质量控制技能培训环境影响单位石膏板砖水泥刨花板水泥墙能耗MJ35.4117296.4103.5耗水量I1.5212.4100.2030.35固体废弃物Kg0.0680.0091.5841.06气候变化KgeqCO21.7456.25716.4410.8大气污染m310936871584.6820水污染m31.92550.43.0783.3石膏产品与其它建筑材料相比：石膏建材生产与质量控制技能培训所谓二水石膏的热稳定性，就是讨论二水石膏开始脱水的最低温度，它涉及到实验室中对少量试样的烘干和生产过程制品的干燥温度。①在实验室中烘干二水石膏试样可以在60℃下进行。②生产中干燥石膏制品时，制品的温度不能超过70℃。二水石膏的脱水温度应该是使二水石膏脱水放出的水蒸汽分压达到1大气压时的温度。二水石膏的真正脱水温度是使二水石膏转变成α-半水石膏的温度，只有一个。二水石膏转变成β-半水石膏的各种温度是实验温度或工艺温度，而且有许多个。二水石膏的热稳定性石膏建材生产与质量控制技能培训石膏的多相转变特性二水石膏DH45℃干燥条件97℃加压水蒸气条件β-半水石膏β-HHα-半水石膏α-HH107℃100℃β-可溶硬石膏β-AⅢα-可溶硬石膏α-AⅢ400℃177℃Ⅱ硬石膏AⅡⅠ硬石膏AⅠ1180℃二水石膏脱水加热脱水石膏再水化水二水石膏石膏建材生产与质量控制技能培训石膏制品的防火功能OHOHCaSOOHCaSO22424211212OHIIICaSOOHCaSO24242121一吨石膏制品能够析放出150kg的水分，反应进行不仅吸收大量的分解热，而且在石膏板面与火焰之间形成一道保护气膜，防止板面温度升高。这个方程完成之前，石膏板背面的温度始终低于150～160℃。每吨石膏制品只能析放出50kg水分，但只要二级反应还进行着，石膏板背面的温度始终低于200℃，这就有效保护了钢结构梁柱不会被软化而坚挺着。石膏建材生产与质量控制技能培训石膏制品的干燥特点石膏试件的软化系数与含水率软化系数是指材料饱和含水率（或饱和吸水率）下的强度与绝干强度之比值，每种材料只有一个数值。不饱和软化系数是指某种材料在不同含水率（或吸水率）下的强度和绝干强度之比值.干燥曲线看出，含水率从30%降到5%，它的强度几乎不变。不饱和软化系数都是0.4左右。只有当含水率降到5%以下，它的强度才会明显提高，含水率从3%降至0%，强度会直线上升。因此，石膏制品的出厂含水率必须在3%以下，最好在1%以下，才能保证有足够的强度。石膏建材生产与质量控制技能培训石膏制品的呼吸性能石膏制品中存在着大量的微孔，因而具有独特的“呼吸”性能，即在温度高、湿度小时，逐渐释放出微孔中的水分；当温度低、湿度大时，能吸收空气中的水分。这种作用可在一定范围内调节室内湿度，使居住环境更舒适。石膏建材生产与质量控制技能培训石膏制品的呼吸曲线石膏建材生产与质量控制技能培训第三节石膏品位及矿物成份的计算方法石膏制品工业中CaSO4·2H2O的百分含量叫作品位。其它矿物都是杂质，杂质的存在会影响生产工艺，最终影响产品性能。例如高品位的矿石、破碎容易磨细难。低品位的矿石则破碎难磨细容易。品位不同，煅烧制度也不同，所以工厂里要经常测定原料石膏的品位及其它矿物成份。品位及矿物成份是根据化学分析结果来计算的，一个石膏样品的全分析包括下列内容：H2O、SO3、CaO、MgO、R2O3、酸不溶物、CO2、K2O、Na2O等。化学成分原料产品H2OSO3CaO酸不溶物Fe2O3Al2O3MgOK2ONa2OCO2总量石膏建材生产与质量控制技能培训项目单位标准值1附着水2纯度3ph值%%10905—84气味5细度（32μm方孔筛筛余）%无味（同天然石膏）606限制组分其中：6.1MgO6.1.1MgO,MgO,总量6.1..2氧化镁MgO,水溶6.2氧化钠Na2O水溶6.3氧化钾K2O水溶%%%%%101.00.10.060.066.4氯化物Cl-6.5亚硫酸钙CaSO3•0.5H2O6.6可燃有机物ppm%%2000.500.16.7氧化铝Al2O36.8氧化铁Fe2O36.9二氧化硅SiO2%%%0.30.152.56.10碳酸钙和碳酸镁CaCO3+MgCO3%1.57放射性必需符合GB6566—2010的规定。石膏建材生产与质量控制技能培训1、品位的计算方法根据品位将原料石膏分成五个等级。级别CaSO4·2H2O（%）一级＞95二级85～95三级75～85四级65～75五级55～65原料石膏级别与品位石膏建材生产与质量控制技能培训①CaSO4·2H2O→2H2O＋SO3＋CaO172.153680.0756.08H2O（%）＝·100＝20.91SO3（%）＝·100＝46.51CaO（%）＝·100＝32.58这种情况下，可以按任一化学成分计算二水硫酸钙的含量都是100%CaSO4·2H2O（%）＝4.78H2O＝2.15SO3＝3.07CaO＝1004.78H2O—水值2.15SO3—硫值3.07CaO—钙值3615.17207.8015.17208.5615.17215.1723615.17207.8015.17208.56无杂质时石膏建材生产与质量控制技能培训②假定原料中有杂质，杂质的化学成份中不含有H2O、SO3和CaO。则4.78H2O＝2.15SO3＝3.07CaO＜100，因此在这种情况下，也可按H2O、SO3和CaO中的任一成份计算二水硫酸钙含量。③实际情况是原料中的许多杂质，其化学成份中往往含有H2O、SO3和CaO。例如含粘土矿物、有机物、自燃硫高的石膏矿石，测得的结晶水含量偏大；含CaSO4（Ⅱ）杂质的矿石，则测出的三氧化硫和氧化钙含量偏高；含有CaCO3的矿石，则测出的CaO含量偏大。所以4.78H2O≠2.15SO3≠3.07CaO＞真实值。由此可见无论是天然石膏或化学石膏不管用哪一个化学成份计算的品位都是偏大，但最小值最接近真实值，应该是三者中最准确的一个，以最小值作为品位的方法叫作水、硫、钙最小值品位计算法。石膏建材生产与质量控制技能培训2、其它矿物成份的计算方法80136172801）CaSO4的计算：化学分析测出的SO3是总量，包括CaSO4和CaSO4·2H2O中的SO3含量，将总量减去CaSO4·2H2O中的SO3含量，即为CaSO4中的SO3含量：CaSO4（%）＝（SO3－×4.78H2O）将上式右边简化即得：CaSO4（%）＝1.70SO3－3.78H2O石膏建材生产与质量控制技能培训2）CaCO3的计算：化学分析测出的CaO总量中，是包含了CaCO3中的CaO，也包括含了CaSO4·2H2O和CaSO4中的CaO，将总量减去CaSO4·2H2O和CaSO4中的CaO，即为CaCO3中的CaO，知道了CaCO3中的CaO含量，就可计算出CaCO3的含量了：CaCO3（%）＝1.78（CaO－0.33CaSO4·2H2O－0.41CaSO4）CaOCaCO3系数1.78＝0.33＝OHCaSOCaO2420.41＝4CaSOCaOCaCO3（%）＝1.78（CaO－0.33H2O－0.70SO3）石膏建材生产与质量控制技能培训MgOMgCO33）MgCO3的计算大部分情况下，MgCO3和CaCO3形成固溶体，即以白云石CaCO3、MgCO3的形态存在，在计算矿物成份中将MgCO3作为一个独立成份：MgCO3（%）＝2.09MgO系数2.094)粘土类矿物＝酸不溶物＋R2O3＋R2O脱硫石膏时需测亚硫酸钙,对应进行其他计算.石膏建材生产与质量控制技能培训样品名称AB技术指标要求值附着水%17.2313.2110PH值6.646.016～8结晶水%18.3418.53二水硫酸钙%87.5488.5190水溶Na2Oppm500200600水溶K2Oppm150150600总MgO%0.770.751水溶MgOppm4071211000水溶Cl-ppm42449200CaSO3·1/2H2O%0.300.110.50烧失量%4.093.29酸不溶物%0.881.08碳酸镁%1.611.57碳酸钙和碳酸镁总量1.5碳酸钙%4.042.10氧化铁%0.180.180.15氧化铝%0.450.450.3应用实例石膏建材生产与质量控制技能培训第四节石膏结晶水的测定方法目前测定结晶水的温度有三个区间：①高温区：360～400℃；②中温区：215～260℃；③低温区100～130℃在高温区或中温区测量结晶水，误差很大。因为试样在加热过程，除了二水石膏脱水外，其它许多含水杂质也要脱水，有些杂质会升华或燃烧，这些杂质的质量损失都当作结晶水，并放大4.78倍计算成品位，因此，即使用结晶水的含量来计算品位，也会不可避免地产生较大误差。而且品位越低误差越大，测量温度越高，误差越大。这种误差是方法本身的系统误差，无论怎样仔细操作也避免不了。在测定原料石膏的品位时，由于二水石膏的含量很大，相对来说误差较小，常不为人们所注意，但用这种方法来测定熟石膏中残余的二水石膏含量时，则会产生极大的误差。在低温区110～130℃下测定结晶水，使其误差降至最低限度，不仅适用于熟石膏的相分析，也可用于原料石膏的日常检验。石膏建材生产与质量控制技能培训OHIICaSOCOHCaSO242425.03602小时1、高温区：350～400℃①测定原理，在这个温度区间，试样中的二水石膏在短时间能彻底脱去二个结晶水，变成不溶性无水石膏AⅡ，根据重量损失计算二水石膏含量。②测定方法：标准称取约1g试样，设为w1放入已在360℃恒重过的瓷坩埚中，盖上坩埚盖，放入高温炉中，从低温升至360℃恒温0.5小时，取出带盖放入盛有新鲜硅胶的干燥器中，冷却40分钟，取出称重，再放入高温炉中加热20分钟，取出冷却称重，直至前后两次重量之差不大于0.2mg为恒重，设为w2则结晶水含量为：H2O(%)＝·100二水石膏含量为：DH(%)