淺談檸檬酸石膏的綜合利用

范開明，于海彬

（日照金禾博源生化有限公司，山東 日照 276500）

檸檬酸石膏為化學石膏，是檸檬酸生產(chǎn)鈣鹽法工藝中的副產(chǎn)物，主要成分為CaSO4·2H2O，其純度高達99.5%，為極微小的晶體粉末，粒度均勻，雜質含量少，其純度遠非天然礦石能比。但檸檬酸石膏的整體利用水平卻較為低下，相當數(shù)量的檸檬酸石膏還是采取直接堆放的形式進行處置，不但占用了大量的土地，也給企業(yè)生產(chǎn)帶來了沉重負擔。在國家日益倡導節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的大環(huán)境下，巨大的堆放費用和與日俱增的環(huán)保壓力，嚴重制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，檸檬酸石膏的資源化利用已成為檸檬酸行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。為此，近幾年相關檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)與全國著名科研院所和專業(yè)石膏生產(chǎn)廠家建立了廣泛的科技合作，進而大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟作為提高企業(yè)綜合競爭力的重要措施，并取得了初步成效。

1 檸檬酸石膏的綜合利用和工藝流程

1.1 水泥緩凝劑和建筑石膏粉[1-4]

檸檬酸生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的CaSO4化學純度高，其中混雜有少量的檸檬酸和其他無機雜質，而檸檬酸類產(chǎn)品本身就有緩凝作用，故經(jīng)過相應的技術處理可以用作水泥緩凝劑和生產(chǎn)建筑石膏粉。具體流程見圖1。

圖1 水泥緩凝劑和建筑石膏粉生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Flow chart of production process of cement retarder and building gypsum powder

1.2 α型高強石膏[5,6]

二水石膏在受熱后將失去部分結晶水變成半水石膏或無水石膏，而半水石膏由于晶型的不同（由不同的受熱條件和溫度不同引起）而帶來了許多物理（化學）性質上的差異，從而被分成α-半水硫酸鈣和β-半水硫酸鈣，是在現(xiàn)實生活中最有實際使用價值的產(chǎn)品。半水石膏、生石膏以及無水石膏在一定的條件下可以相互轉化，這是石膏廣泛用途的物理化學基礎。

α-半水硫酸鈣是二水硫酸鈣在有水或蒸汽存在的特定溫度、壓力條件下，在轉晶劑的幫助下脫水陳化而成的特定產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有水化速度慢、膏水比大、凝固強度高、凝固形體表面細膩、高硬度、抗磨、抗沖擊等優(yōu)點，缺點是其在凝固時膨脹率較大從而易導致模具的精度發(fā)生變化，而水化時間長在某些行業(yè)也是個缺點，因此其終產(chǎn)品往往與β-半水硫酸鈣復配使用，并加入強度增強劑或（緩）促凝劑等輔助原料來調整硬化過程中、后的各項指標。

生產(chǎn)α型高強石膏的具體工藝流程見圖2。

圖2 α型高強石膏生產(chǎn)工藝流程圖Fig.2 Flow chart of production process of alpha-type high strength gypsum

1.3 β型建筑石膏[1]

β-半水硫酸鈣是CaSO4·2H2O在常壓下通過高溫加熱脫除部分水并陳化而成的產(chǎn)品，與α-半水硫酸鈣相比，其水化時間短、分子水含量高（膏水比較小）、凝固強度較低，在硬度、耐磨度、抗沖擊等指標上稍顯欠缺，但其在凝固時膨脹率較小可以保證模具成型后的精度，其終產(chǎn)品往往作為α-半水硫酸鈣的指標調節(jié)劑，來調整成模的各項指標。我廠β型建筑石膏的生產(chǎn)工藝流程見圖3。

圖3 β型建筑石膏生產(chǎn)工藝流程圖Fig.3 Flow chart of production process of Beta-type building gypsum

1.4 綜合利用產(chǎn)品[7-10]

檸檬酸石膏的綜合應用領域見圖4。

圖4 檸檬酸石膏綜合應用圖Fig.4 Comprehensive application diagram of citric acid gypsum

近年來，隨著市場要求及應用領域要求的提高，石膏市場需求量逐漸加大，檸檬酸石膏的綜合利用也帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

1.5 檸檬酸石膏性能指標（詳見表1）

表1 檸檬酸石膏檢測指標Tab.1 Detection index of citric acid gypsum

2 現(xiàn)行檸檬酸石膏生產(chǎn)存在的問題[8]

（1）水泥緩凝劑以外產(chǎn)品對檸檬酸石膏pH值要求很高，故在檸檬酸生產(chǎn)中穩(wěn)定控制殘酸是關鍵，控制不好會造成建筑石膏粉凝結性能差甚至不凝。

（2）采用流態(tài)化煅燒法生產(chǎn)建筑石膏粉時，對原料檸檬酸石膏的含水量要求很高，通?？刂圃谛∮诘扔?5%，故在檸檬酸生產(chǎn)中酸洗工序穩(wěn)定控制游離含水量是關鍵。

（3）采用流態(tài)化煅燒法生產(chǎn)建筑石膏粉時，由于原料粘度較大，在預干燥階段控制設備堵塞是關鍵，相應設備必須進行改造，安裝防堵設施。

（4）生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，工作環(huán)境壓力、除塵設備設施性能決定該生產(chǎn)能否實現(xiàn)清潔化。

3 石膏技術發(fā)展趨勢

3.1 超細、提純、改性的無水CaSO4

目前，國內已有專家將二水石膏經(jīng)過脫水、超細、提純和改性等一系列加工后，制造成一種稱為凱色粉的高檔產(chǎn)品。由于加工后的無水CaSO4與有機材料親合力強，可以大量摻入，制品的強度、剛性、表面硬度、耐酸性、耐侯性、熱穩(wěn)定性均有所提高，而噸制品成本下降明顯，前景廣闊。

3.2 石膏晶須（纖維硫酸鈣）

石膏晶須主要用于樹脂、橡膠、涂料、造紙中的增強劑或功能型填料，又可以用于摩擦材料、建筑材料、密封材料、保溫及阻燃材料等。石膏晶須具有優(yōu)良的性能，作為增強劑可提高制品強度30%左右。石膏晶須是一種對人體無害或危害極小的礦物纖維，市場幾乎是一片空白，而且性能優(yōu)良、價格低廉（比碳化硅、TiO2等纖維低好多），也是綠色環(huán)保材料，應該大力發(fā)展。