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合理利用資源發(fā)展石膏深加工產(chǎn)品
王立明
(寧夏石膏工程技術(shù)研究中心 銀川 750001)
摘 要 本文根據(jù)石膏自身特性和各領(lǐng)域?qū)ζ鋺?yīng)用要求的不同，詳細(xì)地闡述了如何合理利用資源，大力發(fā)展石膏深加工產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞 普通石膏建筑石膏特種石膏深加工
中圖分類號：TQ177. 37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3058(2005)04-03
石膏是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，用途十分廣泛，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的提高，在生活中對石膏的需求日益增長。根據(jù)石膏自身特性和各領(lǐng)域?qū)ζ鋺?yīng)用要求的不同，其用途一般主要分為三大類：**是石膏原礦的直接應(yīng)用，主要被用于水泥緩凝劑、食用石膏、光學(xué)器械等;第二是石膏在建筑材料方面的應(yīng)用，主要是二水石膏礦石經(jīng)煅燒變成β型半水石膏后被制成各種石膏制品，如紙面石膏板、各類石膏砌塊、石膏裝飾板、石膏墻板、粉刷石膏、粘貼石膏、石膏膩子等各類建筑用石膏產(chǎn)制品;第三是特種用途石膏產(chǎn)制品，主要是對石膏產(chǎn)品有著較高的純度要求、特殊或嚴(yán)格的性能指標(biāo)要求的一些應(yīng)用量相對較少的非建筑材料的應(yīng)用領(lǐng)域，如各類陶瓷模具、工業(yè)模具、工藝美術(shù)、精密鑄造、工業(yè)填料、醫(yī)用、衛(wèi)生等行業(yè)。
1 普通石膏的加工
我國石膏礦產(chǎn)資源儲量豐富，已探明的各類石膏總儲量約為570億噸，具世界首位，但其中的優(yōu)質(zhì)資源卻非常有限，約占10%左右。而在諸多的深加工產(chǎn)品中，根據(jù)各自產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的要求的不同，對其生產(chǎn)原料的石膏礦石的要求也有諸多的不同：
水泥中石膏的加入量一般在3%-5%，主要是利用其中的SO3，一般要求礦石的SO3在25. 56%以上，即CaS04.2 H20含量約55%以上就可基本滿足要求;
熟石膏粉一般要求礦石中CaS04.2 H20含量在85%以上;用于生產(chǎn)高強(qiáng)石膏的石膏礦石要求其中CaS04.2 H20含量在90%以上;
紙面石膏板用石膏原料除了要求礦石中CaS04.2 H20含量在85%以上以**石膏粉質(zhì)量外，還對礦石中的鉀、鈉、氯等離子有一定的限制。
作陶模用石膏原料除了要求礦石中CaS04.2 H20含量外，還對其中的鐵含量作了嚴(yán)格限制。
造紙?zhí)盍蟿t要求其中CaS04.2 H20含量在96%以上。石膏深加工產(chǎn)品主要有兩個大類：以β型建筑石膏粉為基礎(chǔ)的建筑石膏產(chǎn)制品系列;以a型高強(qiáng)石膏或高性能的優(yōu)質(zhì)β型石膏為基礎(chǔ)的特種石膏產(chǎn)制品系列。建筑石膏粉及其產(chǎn)制品以巨大而廣闊的建筑及其相關(guān)領(lǐng)域為市場，借助于國家新型建筑材料，墻體材料的產(chǎn)業(yè)扶持政策和高速發(fā)展的建筑市場，近年來得到了快速的發(fā)展和提升。石膏產(chǎn)制品在該領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展決定著整體石膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，該領(lǐng)域的特點：對原礦(主要指二水石膏)要求相對較低，對原礦中雜質(zhì)成分的要求較低，大多對產(chǎn)品顏色要求也較弱，可以充分發(fā)揮礦石資源中主體資源(二水硫酸鈣含量80% -90%)的作用，進(jìn)行*大限度的開發(fā)利用;產(chǎn)品市場容量巨大，銷售市場的半徑范圍較小，遠(yuǎn)距離銷售可能導(dǎo)致運輸費用高于產(chǎn)品售價，加大成本;產(chǎn)品利潤相對較低，競爭壓力巨大(主要為小企業(yè)的無序競爭)。產(chǎn)品主要有：紙面石膏板、纖維石膏板、裝飾石膏板、石膏砌塊、石膏空心條板、粉刷石膏、粘貼石膏、石膏膩子、各種石膏復(fù)合板、裝飾石膏板等。
2 建筑石膏制品特性
(1)凝結(jié)硬化快。(2)重量輕而強(qiáng)度滿足要求，即硬化體孔隙度大，強(qiáng)度(抗壓)為3～5MPa，滿足隔墻和飾面的要求。(3)隔熱性和吸聲性能好，但耐水性差，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 121～0.205w/mk，軟化系數(shù)為0.3～0. 45。(4)防火性能好。(5)硬化時體積略有膨脹，膨脹率0. 05%—0.15%。(6)裝飾性好，表面細(xì)膩平整，光潔度好，典雅美觀。(7)制品可鋸、可釘、可刨，便于施工。
粉刷石膏(抹灰石膏)石膏制品有石膏制品紙面石膏板、纖維石膏板、石膏砌塊與石膏空心條板、裝飾石膏制品。
熟石膏制品的輔助材料有粘結(jié)石膏(熟石膏膠結(jié)料)、石膏制品的填充膠結(jié)料、膩子等。
以上建筑石膏粉制品，大多已被市場認(rèn)可或處于市場大幅度拓展時期，發(fā)展前景廣闊。尤其是紙面石膏板、石膏砌塊、粉刷石膏等石膏墻體材料、石膏裝飾材料和石膏抹灰材料已形成較好的市場，產(chǎn)品、生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備也已趨于成熟化和規(guī)模化，產(chǎn)品利潤空間進(jìn)一步縮小而趨子穩(wěn)定，產(chǎn)品運輸半徑隨之進(jìn)一步縮小。
為了提高市場競爭能力和利潤空間，主要靠利用各種有效技術(shù)手段來壓縮產(chǎn)品的成本，如進(jìn)一步降低能耗、
提高生產(chǎn)效率、提高成品率、壓縮運距(廠址向市場、原
材料、其他優(yōu)勢條件靠)、利用工業(yè)廢渣作為部分和全部原料。
隨著近年來我國高強(qiáng)石膏生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，石膏深加工技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和完善，以前由進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)的特種石膏應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸的為國內(nèi)部分特種石膏生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品所逐步取代，以前由普通的建筑石膏粉所占據(jù)的陶瓷行業(yè)也由于陶瓷行業(yè)自身要求的提高和高檔次石膏產(chǎn)品的出現(xiàn)，而逐步為專用的性能優(yōu)良的陶瓷模具石膏產(chǎn)品取代。而得以發(fā)展特種石膏產(chǎn)制品的基礎(chǔ)，α型高強(qiáng)石膏生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，目前已形成了成熟完整的生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備。尤其是寧夏建筑材料研究院的“蒸壓法a型高強(qiáng)石膏生產(chǎn)技術(shù)”(該技術(shù)獲全國科技大會獎，中國技術(shù)市場協(xié)會“金橋獎”，同時被列為國家“九五”推廣項目)，其技術(shù)成熟，工藝先進(jìn)，操作簡單，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良穩(wěn)定。其產(chǎn)品抗折強(qiáng)度(2小時)5～9Mpa，抗壓強(qiáng)度(2小時)20～30MPa，干燥強(qiáng)度抗折強(qiáng)度可達(dá)10～15 Mpa，抗壓強(qiáng)度40～65MPa，凝結(jié)對間適中可調(diào)。以此為基礎(chǔ)開發(fā)研制的采用“半干法”生產(chǎn)a型超高強(qiáng)石膏(K型石膏)生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備均可穩(wěn)定在生產(chǎn)出性能優(yōu)良的超高強(qiáng)石膏產(chǎn)品(干抗折強(qiáng)度可達(dá)15～20 MPa，干抗壓強(qiáng)度可達(dá)70～95MPa，低水膏比、高表面硬度)。該技術(shù)適合較大產(chǎn)量的特種石膏生產(chǎn)(可適應(yīng)產(chǎn)量從5000噸到50000噸的生產(chǎn))，并開發(fā)成功了能夠適合小規(guī)模生產(chǎn)特種石膏產(chǎn)品的一種投資少、建設(shè)快的“濕法”生產(chǎn)技術(shù)。其產(chǎn)品性能優(yōu)良，主要用于齒科石膏產(chǎn)品的配置和精密鑄造石膏產(chǎn)品的配置，并取得了較好的應(yīng)用效果。
以上各種成熟先進(jìn)的工藝方法和技術(shù)的發(fā)展，均為特種石膏和中高檔次石膏產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)材料。這些基礎(chǔ)材料一般均具有產(chǎn)品凝結(jié)硬化快、水膏比低、表面硬度及早期強(qiáng)度高、性能優(yōu)良，以此α型高強(qiáng)石膏為基料，并輔以適當(dāng)?shù)奶盍霞巴饧觿┛芍瞥筛鞣N用途的功能性強(qiáng)、高附加值的系列深加工產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的特點：對原礦(主要指二水石膏)要求相對較高，對原礦中雜質(zhì)成分的要求極為嚴(yán)格，部分領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品顏色也有較高要求，可以充分發(fā)揮礦石資源中優(yōu)質(zhì)資源(二水硫酸鈣含量90%以上的一級及特級石膏礦石)的作用，可對其進(jìn)行*大限度的開發(fā)利用，充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)資源的優(yōu)勢。產(chǎn)品市場容量較小，產(chǎn)品的銷售市場半徑范圍較大，產(chǎn)品為高利潤、高附加值產(chǎn)品，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
3 特種石膏產(chǎn)品
特種石膏是根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域和要求，采用特殊工藝方法或者采用特殊原料(外加劑)配置的、具有特殊的性能指標(biāo)和特殊用途的功能性石膏產(chǎn)品。特種石膏粉的生產(chǎn)或配置一般都是采用高檔次的石膏粉產(chǎn)品(高強(qiáng)石膏粉)為基料或者摻加少量的高性能建筑石膏粉，一種或多種微量特殊的外加劑共同混合均勻后得到。目前較為常見的特種石膏產(chǎn)品主要有：
1.中、高檔次陶瓷模具石膏粉：主要用于中高檔次陶瓷產(chǎn)品的模具制造。
2.工藝美術(shù)石膏粉：主要用于生產(chǎn)高檔次工藝美術(shù)品、玩具等。
3.精密鑄造石膏粉：航空、航天等精密金屬部件鑄造、首飾模具。
4.高檔次高強(qiáng)石膏粉：高檔建筑裝飾、雕塑等。
5.齒科石膏粉：齒科用超硬石膏、齒科模具。
6.原模石膏粉：主要用于生產(chǎn)高檔陶瓷模具的母模。
陶瓷模具粉針對不同用途，產(chǎn)品性能要求各異，它是陶瓷工業(yè)重要的基礎(chǔ)材料，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量和成本。陶瓷模具石膏粉的生產(chǎn)一般根據(jù)其生產(chǎn)和用途的不同分為普通陶瓷模具石膏粉、中檔陶瓷模具石膏粉和高檔陶瓷模具石膏粉。普通模具粉一般采用純建筑石膏粉直接應(yīng)用，對石膏粉的性能指標(biāo)要求不高，模具使用次數(shù)較低，一般僅為60～80次。制作的陶瓷器具質(zhì)量精度不高，一般用于低檔或精度要求較低的陶瓷生產(chǎn)中。隨著陶瓷工業(yè)的發(fā)展，人們對陶瓷器具要求的增高和陶瓷企業(yè)對模具要求的進(jìn)一步提高，以單純的建筑石膏粉已經(jīng)無法完全滿足模具對石膏粉的要求。隨著我國石膏工業(yè)的發(fā)展，高強(qiáng)石膏的出現(xiàn)，中檔模具石膏粉應(yīng)運而生。其性能指標(biāo)要求相對較高，與普通粉相比有了明顯改善，將應(yīng)用次數(shù)提升至120次以上。而高檔次陶瓷產(chǎn)品的出現(xiàn)，對陶瓷模具粉提出了更高的要求，使模具的應(yīng)用次數(shù)達(dá)500次以上，甚至達(dá)到1000次，其極好的使用性能如沒有高性能的石膏粉做基料是不可實現(xiàn)的。高檔次陶瓷模具石膏粉以其高性能和較高的使用次數(shù)而深受陶瓷用戶的青睬，以其較高的經(jīng)濟(jì)效益深深吸引著眾多的生產(chǎn)企業(yè)，一般售價可達(dá)2000元/噸以上，利潤達(dá)近1000元/噸，但因其技術(shù)難度大而市場大多為進(jìn)口產(chǎn)品的天下。隨著近年來我國石膏工業(yè)的快速發(fā)展和石膏應(yīng)用研究開發(fā)技術(shù)的逐步提高，國產(chǎn)技術(shù)也已經(jīng)達(dá)到或接近了國外技術(shù)的同類水平，產(chǎn)品的主要指標(biāo)和綜合性能指標(biāo)已可與進(jìn)口產(chǎn)品相媲美。不但滿足國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用要求，還有部分出口國外。
高檔工藝美術(shù)粉，其主要市場在我國廣東及福建兩省，其制得的工藝美術(shù)品主要售往歐美國家做圣誕禮物饋送親友。這種產(chǎn)品目前所用的原料主要為不飽和環(huán)氧樹脂，其價格為(6000-8000元/噸)，而且制作過程中產(chǎn)生有害氣體，有害健康。同時這種樹脂不易降解，對環(huán)保造成一定危害，因此西方國家紛紛要求采用其它無污染、易降解的材料來代替。根據(jù)近年開發(fā)的高檔工藝美術(shù)粉，其性能指標(biāo)完全可替代部分樹脂產(chǎn)品，該產(chǎn)品目前已得到了一定的應(yīng)用，效果較好，有望進(jìn)行大幅度推廣。據(jù)不完全統(tǒng)計，廣東及福建的這種工藝美術(shù)廠達(dá)500家以上，年用量約10 -15萬噸/年。
陶瓷母模粉主要用于生產(chǎn)高檔次陶瓷模具用母模石膏，目前國內(nèi)大多從德、美、臺灣等地進(jìn)口，其價格5000- 6000元/噸。本項目產(chǎn)品性能可與進(jìn)口產(chǎn)品媲美，且產(chǎn)品價格低于進(jìn)口產(chǎn)品價格，有競爭優(yōu)勢，據(jù)不完全統(tǒng)計，年需求量達(dá)5000-6000噸。
首飾鑄造及精密鑄造粉主要用于金銀首飾及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密鑄件鑄造用的模具制造。目前我國首飾鑄造業(yè)所用的石膏模具大部分采用進(jìn)口產(chǎn)品，主要從德國、美國進(jìn)口，每噸6000元左右。據(jù)我們調(diào)查，僅福建金得利首飾公司每年從德國進(jìn)口600噸鑄造粉，價格6000元/噸。此外，在廣東、福建首飾業(yè)集中的地方，據(jù)估計每年進(jìn)口鑄造粉約3000噸左右。精密鑄造用的石膏粉每年2000-3000噸，主要用于汽車、航空、精密儀器等工業(yè)。因此該產(chǎn)品以其優(yōu)良的性能與進(jìn)口產(chǎn)品相媲美，具有一定的市場競爭能力。
4 結(jié)語
今后幾年，我國石膏制品將得到較大發(fā)展，特別是建筑石膏仍占據(jù)市場主流。建筑石膏將在一系列石膏產(chǎn)制品如粉刷石膏、石膏砌塊等新型建筑墻體材料的拉動下，得到一個歷史性的發(fā)展機(jī)遇。特種石膏雖不如建筑石膏市場容量大，但由于其具有極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域(精密鑄造、工藝美術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、陶瓷模具等)，因此，隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展以及各相關(guān)領(lǐng)域?qū)Ω邫n次、高性能的功能性材料的需求，對特種石膏粉的性能和質(zhì)量都提出了更高的要求。其對特種石膏粉的高性能、高指標(biāo)的要求，使得大量的無質(zhì)量**的小企業(yè)的低指標(biāo)石膏粉逐步退出了特種石膏市場而轉(zhuǎn)入建筑市場。而特種石膏粉的高質(zhì)量高性能決定了其具有較高的市場價值，而工業(yè)的持續(xù)發(fā)展又使其具有廣闊的市場前景。
