关于焙烧制备无水Ⅱ型石膏技术探讨

无水Ⅱ型石膏（Ⅱ-CaSO4）属于斜方晶系，化学组成的理论质量为CaO 41.2%、SO3 58.8%。晶体有两种配位结构，分别为[SO4]2-四面体和[Ca-O8]14-。立方体Ca2+和[SO4]2交错排列，一个Ca2+和4 个[SO4]2-四面体相连接，每个四面体中有两O2-和Ca2+结合，因此Ca2+配位数为8，晶体结构如图1 所示。

图1 无水Ⅱ型石膏晶体结构图（Ca：银色，S：黄色，O：红色）

根据无水石膏水化活性的不同，无水石膏可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，无水Ⅱ型石膏又可划分为3 个变体，如表1 所示。由于Ⅱ-CaSO4 的Ca 和O 的原子间距为0.252~0.255 nm、Ca 和Ca 的原子间距为0.624 nm、S 和O 的原子间距为0.143~0.145 nm，均比半水石膏、二水石膏和Ⅲ-CaSO4 的原子间距小，且晶格能大小为Ⅱ-CaSO4（2 625 kJ/mol）＞半水石膏（2 462kJ/mol）＞二水石膏（2 324 kJ/mol），因此Ⅱ-CaSO4 虽具有潜在的水化活性，但存在水化速率缓慢的问题。

磷石膏作为我国亟需解决的大宗固废，能够作为制备无水Ⅱ型石膏原料。根据利用方向的不同，焙烧制备控制条件也存在差异。磷石膏基无水Ⅱ型石膏由于几乎不含结晶水且难溶于水的稳定特点，使其可以用作化工填料。为保证其低活性和稳定性，焙烧温度宜控制在600~800 ℃范围内。但作为建筑材料时，由于磷石膏本身所含有的磷类、氟类及有机类杂质会对石膏基胶凝材料性能产生影响，因此，需要从焙烧条件考虑降低甚至消除杂质的影响。研究表明磷石膏经过浮选、水洗后，在800 ℃下焙烧能够去除有机物造成的影响，同时800℃下焙烧能够使共晶磷从硫酸钙晶格内释放。从水化活性分析，当焙烧温度超过800 ℃时，制备的无水Ⅱ型石膏活性更高。因此，焙烧温度应控制在800~850 ℃范围内。