用电石渣试制建筑石膏的研究

河南建材２００８年第１期
０前言
目前广西自治区的化学工业年均排放电石渣在４０万吨以上，由于得不到充分利用，常年堆积，占用土地，对地表及地下水造成了二次污染，影响生态环境。

电石渣是用电石生产聚氯乙稀的副产品，它的主要成分是Ｃａ（ＯＨ）２［３］，每生产１吨聚氯乙稀可排出含固量５％～１５％的电石渣浆９～１５吨。

将化学工业排放的废硫酸与电石渣反应，可制成以硫酸钙为主要成分的电石渣化学石膏（或工业副产石膏）。

化学分析和物理性能检测表明，电石渣化学石膏可以代替天然石膏烧制建筑石膏（熟石膏）、制成石膏砌块、石膏条板、纸面石膏板、石膏腻子、粉刷石膏、石膏浮雕等石膏制品。

石膏建筑材料具有质量轻、防火、抗震、并具有一定的隔声、保温、调湿功能，是一种适用的人居环境建材、生态建材和健康建材［２］。

电石渣化学石膏的综合应用有利于保护环境、节约能源和资源，符合我国可持续发展战略。

电石渣及废硫酸在形成过程中夹带杂质的种类和数量，电石渣与废硫酸的反应条件及反应率，电石渣化学石膏在烧制成建筑石膏过程中的工艺参数等，都会对制成的建筑石膏性能带来较大的影响。

因此，将电石渣化学石膏用于制成建筑石膏尚需要做深入的研究。

１原材料及实验方法
１．１原材料
（１）电石渣
生产乙炔、聚乙烯和聚氯乙稀排出的电石渣稀糊状浆体，含水约６０％～８０％，主要成分为Ｃａ（ＯＨ）２，是一种高碱性物质［３］。

干燥后电石渣的化学成分见表１。

表１电石渣的化学成分（％）
（２）废硫酸（Ｈ２ＳＯ４）：浓度为７８％
（３）市售建筑石膏（湖南产）
１．２实验方法
１．２．１电石渣化学石膏的制备
根据电石渣的化学成分，每１００ｋｇ干渣中含：ＣａＯ＝
５８．７９ｋｇ换算成Ｃａ（ＯＨ）２为７７．６９ｋｇ：
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｃａ（ＯＨ）２
５６１８７４
５８．７９ｘ
即：ｘ＝５８．７９×７４
５６
＝７７．６９（ｋｇ）
据资料介绍，建筑石膏中含有少量的石灰有利于提高石膏的强度和耐水性，故理论上设计将８５％的Ｃａ（ＯＨ）２与废硫酸反应转化为硫酸钙，反应转化所需的废硫酸按下式推出：Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｈ２ＳＯ４＝ＣａＳＯ４．２Ｈ２Ｏ
７４９８
０．８５×７７．６９ｙ
即：ｙ＝９８×０．８５×７７．６９
７４
＝８７．５４（ｋｇ）
换算成浓度为７８％的废硫酸为Ｚｋｇ：
８７．４５×１００％＝Ｚ×７８％；Ｚ＝８７．５４×１００
７８
＝１１２．１２（ｋｇ）
用电石渣试制建筑石膏的研究
杨志明１邱树恒２牛存涛２何欠２苏峰２
１广西建材科研设计院（５３００２２）２广西大学化学化工学院（５３０００４）
摘要：用电石渣和废硫酸作原料试制建筑石膏，根据ＤＴＡ和ＸＲＤ分析设计石膏的煅烧温度和矿物成分。

实验结果表明，
电石渣中约８５％的Ｃａ（ＯＨ）２可与废硫酸反应制成电石渣化学石膏；经１５５℃煅烧２ｈ的电石渣建筑石膏具有较高的强度和软
化系数。

关键词：电石渣；建筑石膏；胶凝材料；综合利用
ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＳＯ３Ｌｏｓｓ合计
３．１５１．６１０．３６５８．７９０．０６１．７５３３．９２９９．０１
试
验
研
究
水泥水化产物氢氧化钙反应产生氢气泡，可用如下化学方程式表示：２Ａｌ＋Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ｈ２Ｏ＝Ｃａ（ＡｌＯ２）２＋３Ｈ２↑，利用气泡的膨胀使水泥浆与石块、钢筋结合更为密实，提高附着强度，发泡剂产生的气泡必须小而分散，且均匀，因此必须使发泡剂能均匀分散于水泥浆中，铝粉密度小，有浮在水泥浆表面的倾向，为使铝粉分散均匀，常在铝粉中掺人适量表面活性剂，铝粉粒径要在５０μｍ以下。

发泡剂的特性：利用发泡剂可制作加气混凝土，加气混凝土内部充满大量细小而封闭的气孔，具有孔隙率大，体积密度小，导热系数小等特点，是一种轻质材料，并且具有保温隔热功能，施工方便，可钉、可锯，广泛应用于工业与民用建
筑工程中。

参考文献：
［１］赵国玺．表面活性剂物理化学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，１９９１．
［２］熊大玉，王小红等．混凝土外加剂［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２．
［３］乔建伟．混凝土外加剂发展趋势［Ｊ］．科技情报开发与经济，２００５，（１１）：１６６．
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即１００ｋｇ的干电石渣加入１１２．１２ｋｇ浓度为７８％的废硫酸。

制备方法：晾晒干燥后的电石渣破碎粉磨（细度８０目左右）后，经称量倒入耐酸容器中并用水润湿，再把计量的废硫酸缓慢注入电石渣中，边加入边搅拌，制成电石渣化学石膏浆。

存放５ｄ后，经干燥（晒干或烘干）、粉磨（细度２００目左右）制成电石渣化学石膏粉，化学分析结果见表２。

表２电石渣化学石膏成分（％）
１．２．２建筑石膏的制备
建筑石膏（熟石膏）是以半水石膏（β－ＣａＳ４Ｏ．１／２Ｈ２Ｏ）为主要成分，由天然二水石膏或化学石膏经过一定温度的煅烧脱水而成。

石膏的脱水温度与其地产与杂质的含量有关，石膏含的杂质越多、结构越不致密、颗粒越细、煅烧料层越薄，石膏就越容易脱水。

脱水温度的高低会直接影响建筑石膏的水化活性和力学强度。

电石渣化学石膏制成建筑石膏的脱水机理与天然二水石膏相似，电石渣化学石膏的脱水温度也与其存在的杂质种类及数量有关。

因此，需在不同煅烧温度下确定其脱水的较佳温度。

在初期试验和差热分析的基础上，设定了五个煅烧温度：１４０℃、１５５℃、１７０℃、１８５℃、２００℃，制得五个不同温度的电石渣建筑石膏试样，编号为Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５。

煅烧时从室温升温（升温速度为１０℃／ｍｉｎ）至设定温度，保温２ｈ，煅烧好的料取出在空气中冷却至５０℃左右，放入带盖贮存桶陈化５ｄ后，根据《建筑石膏》ＧＢ９７７６－８８标准分别做电石渣建筑石膏标准稠度用水量、凝结时间、抗折抗压强度试验。

２实验结果及分析
２．１仪器分析
图１是用差热分析仪所做的电石渣化学石膏的ＤＴＡ曲线（升温速度为１０℃／ｍｉｎ）。

图１电石渣化学石膏的热差分析（ＤＴＡ）曲线根据ＤＴＡ曲线分析，可设计石膏的煅烧温度范围为
１４０℃～２００℃。

图２是经１５５℃加热煅烧２ｈ后ＸＲＤ分析结果。

图２电石渣化学石膏在１５５℃煅烧２ｈ后的ＸＲＤ曲线
图２说明，石膏在１５５℃煅烧２ｈ后，二水石膏的特征峰消失，半水石膏的特征峰出现，说明二水石膏已脱水变成半水石膏。

ＸＲＤ试验还发现试样中有Ⅲ型无水石膏（可溶性
无水石膏）［１］。

２．２物理性能测试结果
表３电石渣化学石膏的物理性能测试结果
※Ａ６为市售建筑石膏
电石渣建筑石膏的强度与煅烧温度的关系如图３所示：
图３电石渣建筑石膏强度与煅烧温度关系曲线
从表３及图３可以看出，电石渣建筑石膏的用水量、凝结时间及强度与石膏的煅烧温度有明显的关系，煅烧温度为１５５℃的Ａ２石膏样３ｄ的抗折、抗压强度最高，分别达到２．５３ＭＰａ和７．６３ＭＰａ。

说明在该温度下煅烧得到的由半水石膏和Ⅲ型无水石膏为主的建筑石膏活性最高，与市售的建筑石膏相比，电石渣建筑石膏的强度更高一些。

实验结果还表明电石渣建筑石膏的软化系数较高，耐水性较好，更适合于在潮湿环境中使用。

３结论
（１）固体废弃物电石渣与废硫酸反应可以制成以ＣａＳＯ２．２Ｈ２Ｏ和Ｃａ（ＯＨ）２含量为主的电石渣化学石膏。

（２）在１５５℃左右将电石渣化学石膏煅烧成电石渣建筑石膏，脱水性能与天然二水石膏相似。

制成的电石渣建筑石膏主要是半水石膏和Ⅲ型无水石膏。

（３）电石渣建筑石膏有较高的力学强度和耐水性。

参考文献：
［１］何才旺．建筑石膏及其制品［Ｍ］．中国建材工业出版社，１９９８，（９）：３６～３８．
［２］陈燕，岳文海．石膏建筑材料［Ｍ］．中国建筑工业出版社，２００３，（３）：７～１０．
［３］施惠生．生态水泥与废弃物资源化利用技术［Ｍ］．化学工业出版社，２００５，（８）：２３～２４．
试样标
号
用水量
（ｍｌ）
软化系数
３ｄＡ１２１０２０２８２．２２５．９６０．４３
Ａ２２１７１６２２２．５３７．６３０．４８
Ａ３２２２１３２３２．０６６．１８０．５０
Ａ４２３８１４２４１．８３５．３７０．４６
Ａ５２４６１８２６１．６１４．６１０．４２
Ａ６２１３８１４２．１８６．４８０．２７
凝结时间（ｍｉｎ）
初凝终凝
３ｄ强度（ＭＰａ）
抗折抗压
试验研究ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＳＯ３Ｌｏｓｓ合计１．６４０．８００．３０３４．０５０．０４４６．０４１７．１４１００
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