一、国内石膏市场浅析
石膏分为天然石膏和工业副产石膏,又称化学石膏,是近年来工业化生产衍生的副产物废渣—石膏,是大宗固体废弃物之一。也是近几年各大专院校、研究所研究的热点。
工业副产石膏从产生原因分类,有脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏等,分别是火力发电厂、磷肥厂、钛白粉厂、氢氟酸厂,柠檬酸厂排出的废渣。我国工业副产石膏,历年堆存量为2-4亿吨。磷石膏排放量最大,为7500万吨/年,利用率仅为30%左右,粗放性产品,分布于云、贵、川、鄂、皖等;脱硫石膏为7000万吨/年,利用率为40%-50%,多为粗放利用,技术含量低、附加值低,多分布于一、二线城市周边。其他,利用率更低或仍未被利用。静静地躺在堆场里,占用着耕地良田,污染着土地、地下水源、大气,同时也给排放企业带来购地、运输、纳环保税的经济负担。
石膏,是三大胶凝材料之一。人类利用它有着一万年的历史,是古老的建筑材料;而水泥也仅有一百多年的历史。石膏可食用、药用,也可用于建筑、建材,它和人类亲和性最好。突出的优势:保温、隔热、隔音、防火、抗震、调剂室内干湿度;除此之外,它的复原性、微膨胀性、可循环利用的特性,是任何建筑建材无法比拟的。
目前,三大胶凝材料中,水泥用量最大。但它的高资源消耗、高能源消耗、高污染,以及使用中的收缩开裂等突出的弊端,使人十分头痛。今天发达国家如德国、英国、日本、澳大利亚石膏替代水泥率已达36%,而我国仅3%。石膏是低资源、低能源、低污染、低成本材料,且具有不空鼓、不开裂、粘结性特好的优势。
今天,从国内到国外,市场上出现的全是煅烧石膏,即熟石膏,建筑石膏,已延续迄今。然而,这种煅烧石膏,突出的、不尽人意的是:强度低、耐水性差、初凝快、不稳定,无力与水泥争夺市场份额,严重制约了石膏的利用、发展和推广。
二、免煅烧、免烘干石膏改性新技术、新工艺
从古到今,从国内到国外,石膏都是煅烧的,千古不变的定律。今天,挑战不可能,使梦想变为现实。
核心技术、工艺之一:
免煅烧石膏改性技术:免去了重要的煅烧环节,免除了180度,2个小时的由二个结晶水的二水石膏(cas04.2H20),脱去1.5个结晶水,变成半个结晶水的(cas04·0.5H20)建筑石膏的煅烧过程;实施拿来主义,直接将二水石膏(原状石膏),经过烘干、粉磨、混合,变成产品后进入市场。全过程是化学反应,有气硬性变成了水硬性材料,发生了质的飞跃和变化,生成了一种新的物质。它强度高、耐水性好、初凝可控、便于施工操作,产品可用于室内和室外。
传统工艺路线:①烘干→②煅烧→③粉磨→④原材料(石膏粉)→⑤混合→⑥产品
新工艺路线:①烘干→②粉磨→③混合→④产品
核心技术、工艺之二:
免烘干石膏改性技术:若要设置烘干工艺,即要投入设备和场地费用,又有能耗和污染。烘干设备的主要功能,是除去石膏表皮的附着水,内部的结晶水不能动。一般含水量在15%-30%不等,而且烘干的温度控制在60-90度范围,应该说有一定的难度。改性技术是:视现场需要和客户需求,一是可采取化学烘干的工艺;二是采取物理烘干工艺;三是现场湿料直接加工使用工艺;
新工艺路线:①粉磨→②混合→③成品
核心技术、工艺之三:
免粉磨石膏改性技术:粉磨也是十分重要的一道工艺,它可以补救工业副产石膏粒级分配窄的缺陷,提高级配,减少用水量,增加密实度,以提高强度和耐水性;另外,通过粉磨产生新的界面,增加材料的活性,提高物理性能。为了减少能耗、污染和投入设备、场地的费用,我们加工工艺中,免掉了粉磨工艺,通过化学激发的形式,以提高材料的性能。
新工艺路线:①混合搅拌→②产品
因此,可以说以上技术和工艺,是低能源消耗、低资源消耗、低污染、低成本的一种绿色新技术、新工艺。
三、免煅烧石膏改性技术机理初析
充分利用有火山灰活性的硅质、铝质矿物材料,与钙质材料反应的特性,再以碱性的激发剂予以激发,生成一种新的水化物质,即水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和水化钙矾石(AFt)晶体的新物质。这时未完全反应的二水石膏与钙矾石(AFt)先结合形成骨架结构,紧紧的结合在一起,水化硅酸钙凝胶渗透、包裹于骨架结构的内外,形成致密、紧凑的结合体,强度和耐水性都有了明显的提高,这时的石膏已由气硬性材料变成了气硬性和水硬性兼有的新材料,类似于水泥。
如果在给于压力和温度、湿度,材料继续反应,继续水化生成了水化石榴子石和托勃莫来石晶体物质,产品的强度和耐水性,会有更加明显的表现,可生产承重材料。
四、免煅烧石膏改性技术的亮点
1.颠覆了石膏必须煅烧才能利用的紧箍和理念,挑战了不可能。
2.突破了石膏应用中的共性关键性技术,强度高、耐水性好、初凝慢,使气硬性变成了水硬性。
3.领先于国内、国外石膏领域技术,快一步、早一步,实现专利技术的转化、产业化。
4.拓宽了固废石膏资源化综合利用的新途径,造福子孙后代,变废为宝,为青山绿水添彩。
5.提高了石膏替代水泥率3%。减少能源、资源的消耗,保护生态。
五、免煅烧石膏改性技术产品范围
它可生产四大系列产品:砖、块、板、粉、
生产“砖”:
免煅烧石膏改性技术生产的复合胶凝料,它的强度可达到44.0mpa,和42.5水泥强度一样。承重砖强度可达到15-23.0mpa。已申请了上海《企业标准》并有检测报告、查新报告、可改性分析报告。在上海、福州、三门峡砖厂进行过中试。
生产:“块”:
可生产湿法或半干法石膏砌块、石膏耐水模合,以及国内独有的石膏发泡砌块。先后在湖北、上海、江苏、江西做过中试。
生产“板”:
可生产石膏条板、石膏纤维大板,与PC结构配套的室内PC石膏大板。
生产“粉”:
指干粉砂浆或干混砂浆系列产品,如机喷保温砂浆、机喷抹灰底层砂浆、轻质抹灰砂浆、自流平、装饰砂浆、石膏腻子、石膏防火涂料、石膏基硅藻泥等几十种产品。与水泥复配成二元、三元体系,应用于机喷、灌浆、自流平、大板等系列,以克服水泥的开裂和减少污染、降低成本。
六、免煅烧石膏改性技术延伸的产品
该技术不仅适合于副产石膏,也适合天然石膏的改性;不仅适合工业副产二水石膏,也可使工业副产半水石膏改性,使它的强度高、耐水性好;不仅适合脱硫石膏改性,也适合其他如磷石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏等石膏的改性;不仅适合于传统的混凝土结构,也适合于现提倡的钢结构、木结构;不仅适合于现场机喷、灌注、发泡施工,也适合于国家推行的装配式工厂预制。
本技术已储备了十年,有检测报告,并在工程中得到了小范围的应用,验证了产品的可靠性、领先性。