利用废弃氟石膏生产隔热保温材料的试验研究

陆红霞

（酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000）

1 前言

石膏作为国家重点发展的非金属矿之一，除用作建筑和水泥用原料外，还广泛用于化工、塑料、橡胶、医药、食品、肥料等多个行业和产品。化学石膏作为工业固废，排放量大、堆存占地面积大且易造成环境污染，开展对氟石膏、磷石膏、脱硫石膏等化学石膏的综合利用，具有良好的环境、经济、社会效益。

国外化学石膏利用途径和产品较多，综合利用的技术也比较成熟，欧盟及日本等国对化学石膏进行了比较深入的研究，形成了一系列应用于工业生产和建筑材料的成功经验。目前我国氟石膏的应用途径，主要在轻质建材、道路等行业，用于工业领域的报道不多。由于石膏的导热系数相对较低（常温，相对湿度为65%时,熟石膏的导热系数为0.35 W/m·℃）[1]，因此，氟石膏作为填料和胶凝材料，应用于隔热保温型材的生产，具有一定的可行性。

2 氟石膏的熟化

2.1 氟石膏的化学组成

新排出的氟石膏是一种灰白色的微晶，质地疏松易于破碎，其晶体一般为几微米到几十微米，粒径比天然石膏小，通过X射线及热差分析，其主要物相为Ⅱ型无水石膏，含有少量CaF2等杂质（含量在3%左右），杂质含量与生产过程中所用萤石的纯度有关，氟石膏放射性水平远低于国标限制标准[2]。另外氟石膏中含有一部分残余硫酸（一般为0.5～2.0 g/L），需经适量石灰中和后，方可用于堆存或作其他用途。氟石膏的主要化学组成见表1。

表1 氟石膏的主要化学组成(单位：%)

2.2 用氟石膏生产β-半水石膏的工艺过程

本次试验采用间歇式炒锅，经破碎、烧成、粉磨制成β-型半水石膏。

堆存氟石膏（含水率一般为2%～4%，含水大于4%时，应进行预干燥），破碎至＜5 mm，然后进入炒锅煅烧，在常压、65 ℃时二水石膏开始缓慢脱水，在107 ℃时进行等温脱水,此时石膏粉处于沸腾状态，至135 ℃时脱水完成，沸腾停止。为防止温度继续升高产生无水硫酸钙，应尽快排出熟料。由于采用间歇式炒锅，难免会存在炒锅锅底料与锅上料受热不均、烧成程度不同、锅内物料不易搅拌等缺陷，在炒制过程中应加以重视[3]。

图1为在间歇炒制设备中的煅烧时间-温度曲线。煅烧1 kgβ-半水石膏的理论能耗为580 kJ，失水量占二水石膏质量的15.68%，理论熟石膏的出料系数为84.3%，1 t熟石膏需1.2 t生石膏。实际试验过程中的能耗远大于理论值，熟石膏的出料系数与理论值也有一定的出入。

图1 间歇炒制时的时间-温度曲线

煅烧后的熟石膏，须采取有效的陈化措施,以防大气湿度等因素对熟石膏质量的影响，同时可改善熟石膏的水化凝结性能。陈化过程就是把烧成的β-型半水石膏存放于料仓，贮存一段时间，一方面利用熟石膏的温度，在陈化仓中，对未被完全煅烧的二水石膏进行脱水，减少二水石膏的比例；另一方面热气体中的水蒸汽，与β-型半水石膏结成一层二水石膏的微粒生成物，可以减少水化时的需水量，并成为凝结向结晶转化时的晶核。

用氟石膏生成的β-型半水石膏，其外观与用天然石膏生成的β-型半水石膏相似，晶型呈碎片状，粉磨至80～120目，其扩散度为164 mm、初凝时间8 min、终凝时间20 min，自然养护3 d后抗压强度11.9 MPa、抗折强度4.5 MPa。

3 氟石膏隔热保温型材的生产

3.1 氟石膏隔热保温型材生产的工艺及配方

利用氟石膏煅烧产物β-型半水石膏为凝结材料,添加纤维材料、珍珠岩等隔热保温材料及缓凝剂等，经过一系列的混合、成型、干燥过程，即可生产出复合保温型材。其工艺过程如图2所示。

图2 氟石膏隔热保温型材生产工艺

先将适量的纤维材料用水和添加剂在池中浸泡24 h左右，然后充分搅拌使其起泡、分散并形成浆料，再加入经计量并完全混匀的β-型半水石膏、珍珠岩粉及外加剂的混合物。经高速搅匀后注入模具，拍打振动使其进一步混匀和密实，成型后，入干燥窑干燥，即成成品。模型干燥温度一般为60 ℃，最高不应超过80 ℃。

氟石膏隔热保温型材生产所用模具，可根据型材的不同用途加工制造，模具材料可选用木材或熟石膏，脱模剂可选用机油、黄油、皂化液等，也可使用纸质脱模方法，选用油性纸做隔离层。本次试验采用皂化液作为石膏模型的脱模剂，皂化液的主要成分为滑石25 g、肥皂25 g、水1 L，经配制而成。

加入隔热保温材料，不仅可显著降低产品的导热系数、体积密度，同时可增加成品的耐火强度、抗压和抗折强度。生产过程中的主要工艺参数如下：

纤维材料主要有硅镁石纤维、硅酸铝耐火纤维，其加量为石膏总量的20%～30%；珍珠岩加量为石膏总量的5%左右；添加剂采用渗透剂等，起软化纤维、使纤维易于分散、起泡和降低用水量的作用，添加量为纤维量的10%；外加剂包括缓凝剂、胶粘剂等,缓凝剂采用硼砂，加量为石膏总量的0.2%；胶粘剂采用聚乙烯醇缩甲醛水溶液（即107胶）和耐高温胶粘剂，加量为溶液总量的1.5%；水量为固体添加物总量的80%左右。

3.2 氟石膏隔热保温型材的性能及应用

经对氟石膏隔热保温材料样品进行测定，其主要性能指标见表2。

表2 氟石膏隔热保温材料的主要性能指标

由表2可见，氟石膏隔热保温型材密度小、导热系数低，抗压强度和抗折强度均可满足保温材料的一般要求。与传统保温材料相比,氟石膏为工业废弃物，因此具有价格上的优势，通过选择不同模具，可生产出不同规格形状的板材、管材等，与隔热保温涂料配合使用，可适应石油、化工、冶金、电力、建筑等行业的设备或管道，在中、低温场合能起到保温效果，也可用于建筑物的隔热和隔音。具有施工方便、无毒、无污染、对人体无不良影响的优点。

具体施工方法为:预先在需保温的管道或设备上涂一层隔热保温涂料（膏体料），然后套加或贴加氟石膏保温型材，并用隔热保温涂料将外层涂匀抹平，最后刷防水固化剂，以增加保温层的防水性能和强度。

保温层厚度的确定，应根据实际需要，按国家《设备及管道保温技术通则》所规定的“保温层厚度的计算原则”计算，并合理设定隔热保温涂料和氟石膏保温型材各自的厚度。通过利用不同性能的保温材料，达到降低保温工程成本的目的[4]。用于建筑隔热隔音时，氟石膏保温型材可单独使用，完全可以满足建筑行业隔热、隔音材料，实用性和经济性的选材要求。

4 小结

以工业废弃物氟石膏为主要原料，经煅烧后，添加适量纤维材料、珍珠岩等隔热保温材料，生产氟石膏隔热保温型材，既可降低成品的导热系数、增加隔热保温性能，同时增强了成品的抗剪强度，扩大了纤维石膏板的使用范围，在原理、工艺和经济上均切实可行。该产品的推广和应用，具有良好的社会和环境效益，减少氟石膏大量堆存对土地的占用，消除堆存过程中因雨水冲刷和渗透等对周围环境造成的污染，减少天然石膏开采对农田的占用和对植被的破坏，有利于企业充分利用工业废弃物，实现节能降耗、保护环境的目标。