工业化学石膏与石膏废模在陶瓷模具石膏生产中的循环利用
石秀芹 刘月强
摘 要：综合利用工业化学石膏、废模石膏，经过不同工艺煅烧与复配处理途径，可以应用于对石膏粉品质要求较高的陶瓷模型行业，达到节约资源与可持续发展，实现循环经济的要求。
关键词：化学石膏；废模再生；陶瓷模具；湿法煅烧；复配；利用
1 前言
我国石膏深加工工业的工艺装备、产品应用经过了20多年引进创新技术，目前已获得了快速发展，特别在纸面石膏板、石膏胶凝材料、化学石膏应用、石膏模具、砌块等方面有了长足进展。同时，在陶瓷模具石膏粉行业中有了新的发展，即化学石膏用于陶瓷模具石膏，提高附加值，资源综合利用，变废为宝；大量的陶瓷厂的石膏废模被回收再利用。这些技术创新都是国家积极倡导的，符合国家政策需要的新趋势。
2 国内高品位天然石膏资源现状
用于陶瓷模具的石膏一般要求二水石膏品位达到85%～95%，在国内靠近陶瓷基地的石膏产区，该类石膏已经基本枯竭，即使有，其价格都在200～800元/t。因此，昂贵的原料使得陶瓷模具生产成本升高。虽然价格攀升，但产品质量仍然难以保证。
另外，部分高品位的石膏在边远地区，如：内蒙、宁夏、青海等地，远离深加工基地与用户市场，产品与原材料运费占产品价格的30%～50%；即使靠近原材料建厂，产品运输偏远地区的也是一个严重的问题。
为了缓解上述情况，有些企业从泰国等周边地区向国内调运高品位石膏，但小于经济批量的价格优势并不明显。
3 工业化学石膏以及废模的现状
目前，与天然石膏资源枯竭相对应的是：脱硫石膏、磷石膏、柠檬石膏等工业化学石膏，它们的品位较高，一般能达到85%～95%的要求，并且产量与存量巨大。价格方面化学石膏根据地域不同一般10～80元/t，有的偏远地区，工业石膏综合利用发展慢的区域，还可以和排放企业协商应用或运输补贴，促进化学石膏的利用，达到节约企业用地、保护环境等目的。
其次，石膏废模，在陶瓷工业主产区，如：唐山、博山、佛山、景德镇、潮州、德化等地区，每年有大量的石膏模被废弃，这些石膏废模没有获得很好的利用，只有极少用于水泥行业。因此，对于化学石膏模与石膏废模在陶瓷石膏粉中的应用已成为目前首要解决的问题。
4 工业化学石膏与石膏废模应用于陶瓷模具粉中的技术可行性
4.1 工业化学石膏的再生应用
项目工程技术实践表明，高品位的化学石膏，虽然杂质含量多且复杂，但经过处理后是可以应用于陶瓷石膏粉生产的。
脱硫石膏可以不经净化直接煅烧后应用陶瓷模具生产；而磷石膏、柠檬石膏，一般应经水洗净化，然而水洗净化过程浪费宝贵的水资源，是不可取、不提倡的，
但是这两类石膏可以用成熟的湿法转化CRD（连续反应烘干）工艺，省掉了水洗净化过程，实现石膏脱水结晶浓缩。既实现了湿法煅烧以及剔除杂质，又大幅度提高了产品品质，生产出超高强的ALPHA半水石膏和其他石膏粉复配，可以获得高品质高附加值陶瓷模具产品，如：塑压、母模石膏粉等，产品价格达到2000～5000元/t。
脱硫石膏颗粒组成、杂质等性能更具有湿法转晶的优势。另外，在生产普通陶瓷滚压、注浆模用石膏粉时，脱硫石膏是可以直接煅烧应用的。但生产工艺需要优化，否则，会出现沉降难以搅拌、多泡多空、吸水性差、漂浮物多等现象。
4.2 废模石膏再生应用
废模石膏经过煅烧再生工艺，获得的再生半水石膏粉的混水比一般情况下比正常石膏粉稍高，强度低（为原来强度的30%～40%），吸水稍快。一般不能直接应用，陶瓷厂家可以根据情况与其他石膏粉掺和使用，一般掺加量为30%～60%。通过实验，确定其产品的强度、使用次数、吸水性、流变性等方面的性能是否符合要求。
掺加废模可以大幅降低陶瓷厂模型石膏使用成本，在陶瓷产品小批量定制或产品要求不高的情况下，很有应用价值。
4.3 废模石膏在模具粉生产工艺中的注意事项
（1） 废模再生石膏强度偏低、吸水性不适宜，一般不单独使用。
（2） 再生石膏粉可以直接煅烧或蒸压烘干后炒制磨粉混合成模具粉，但一般不能单独使用。蒸压的再生废模石膏粉混水比要低于直接炒制的5%～10%。
（3） 直接煅烧的石膏粉混水比高于蒸压烘干后煅烧的石膏粉，高出10%～20%，强度也低于后者。若选择蒸压工艺，可以适量添加转晶剂，会获得较低的混水比条件下的较为可观的强度。
（4） 模具粉生产工艺中废模与化学石膏、天然石膏是可以直接按比例量掺加进行加工使用，但要做严格的中试与产品试用。
（5） 用于陶瓷模具的石膏粉相组成要求较为严格，需对煅烧工艺进行优化，普通常规连续煅烧工艺难以达到要求，否则达不到模型的预期使用效果，这是工艺选择必须注意的。
（6） 普通煅烧工艺的煅烧设备可以选择间歇式立式炒锅、卧式回转窑，炒锅每次添加1～3 T，注意负荷设计；间歇式回转窑可以每次加料2～5 T，注意需要设计快速排料系统。
5 陶瓷模型石膏粉产品质量要求
陶瓷模型石膏粉主要指标有混水比、初凝、终凝、强度等，根据石膏粉性能与用途不同以及其他指标差异，如：膨胀率、表面性能、吸水率、扩散系数、细度等方面以满足石膏粉品质质量的要求。例如，一些石膏粉特殊要求。
（1） 母模石膏：对强度、韧性、膨胀系数有严格要求。
（2） 塑压石膏：对透气性、吸水性、强度、膨胀系数、耐冲击、耐磨有要求。
（3） 滚压石膏：对强度、耐磨性、吸水性等指标有要求。
（4） 注浆石膏：对吸水率、扩散系数、强度有要求。
常规煅烧工艺情况下，化学石膏生产的模型石膏主要用于普通滚压、注浆。湿法转化的超高强石膏与再生废模石膏粉一般不能单独使用，需复配使用，其中，湿法转化的超高强石膏可以配制性能优异的母模、塑压、滚压、高压注浆石膏粉。
5.1 化学石膏生产的模型石膏粉的主要指标
（1） 滚压模型石膏的指标
对于滚压模型石膏，其性能指标为：混水比55%～57%；流径220±5 mm；凝结时间12～20 min；强度 3.5～4.5 MPa；吸水率23%～25%；膨胀系数0.3%～0.35%；扩散系数为 0.014～0.016 cm2/s。
（2） 注浆模型石膏的指标
对于注浆模型石膏，其性能指标为：混水比60%～65%；流径220±5mm；凝结时间12～15min；强度3.2～3.8 MPa；吸水率28%～33%；扩散系数0.015～0.025cm2/s；膨胀系数0.25%～0.26%。
（3） 废模再生石膏的指标
对于废模再生石膏，其性能指标为：混水比70%～75%；流径220±5mm；凝结时间15～20min；强度1.2～1.8MPa；吸水率35%～40%；扩散系数0.025～0.028cm2/s；膨胀系数0.2%～0.25%。
（4） 废模与化学石膏煅烧后掺和（掺加30%）的指标
对于废模与化学石膏煅烧后掺和，其性能指标为：混水比56%～62%；流径220±5 mm；凝结时间12～15min；强度3.0～3.5 MPa；吸水率29%～32%；扩散系数0.015～0.017 cm2/s；膨胀系数0.3%～0.32%。
（5） 化学石膏生产的超高强ALPHA石膏的指标
对于化学石膏生产的超高强ALPHA石膏的性能指标为：混水比33%～38%；流径180±5 mm；凝结时间2～3 min；强度6～7 MPa；膨胀系数0.35%～0.45%；细度200～300目。
（6）母模石膏的指标
对于母模石膏（用超高强石膏配制）的指标为：混水比38%～40%；流径220±5 mm；凝结时间12～15 min；强度4.5～6.0 MPa；膨胀系数0.05%～0.1%。
（7） 塑压石膏的指标
对于塑压石膏（用超高强石膏配制，要求吸水与透气性好）的指标为：混水比53%～56%；流径220±5mm；凝结时间12～15min；强度4.5～5.5 MPa；膨胀系数0.2%。
5.2 化学石膏模型粉使用注意事项
（1） 净化或未净化后的化学石膏，若用湿法生产产品性能基本与天然石膏无差异；未净化的工业化学石膏直接应用因杂质影响可能会出现起碱现象，影响表面性能、使用次数。
（2） 直接煅烧的较细化学石膏生产模具，因留存原始晶态，可能存在流变性差的情况，有必要改善精磨系统，保证级配、保证不过磨。
（3） 有些化学石膏未经净化存在漂浮物现象，甚至搅拌气泡。漂浮物很难去除，搅拌气泡可以用消泡剂，或采用真空搅拌来消除。
（4） 有些化学石膏生产陶瓷模具扩散系数偏低，通过改善煅烧工艺、磨矿工艺，甚至掺加废模会有所缓解。
（5） 由于磷石膏、柠檬石膏含湿量大、杂质与级配颗粒形状特点很适合采用CRD湿法转晶工艺。获得的超高强石膏与其他模型石膏混合复配可以获得品质优良的模型石膏。
（6） 脱硫石膏可以直接煅烧或成型蒸压烘干后，磨粉炒制混合成陶瓷模具石膏，应用于普通滚压或注浆。脱硫石膏若通过水洗净化后，去除粉煤灰等杂质，对模具粉产品品质有大幅提升，可以减少漂浮物、减少搅拌气孔等。
（7） 采用湿法脱水结晶的脱硫石膏，性能优良，除了颜色外，其他指标与高品位天然石膏生产的超高强阿尔法石膏一样，完全可以替代天然阿尔法石膏配制高附加值模型产品以及其他产品。
6 结语
化学石膏直接或经过净化处理后可以代替天然石膏应用于陶瓷石膏模型的生产，湿法煅烧转晶CRD工艺与再生废模石膏粉复配工艺给出了更多使用选项。
上述思路已有成熟的工程技术实践，符合国家经济转型的产业政策，实现资源可持续发展，达到保护环境、节约资源、提高附加值，发展循环经济的要求，有广阔的应用前景与显著社会效益。
