专利名称：作为石膏增强剂的锂硅粉和含有锂硅粉的抹灰石膏的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石膏增强剂、含有该增强剂的石膏及其制备方法，特别是作为石膏增强剂的锂硅粉、含有锂硅粉的石膏，特别是抹灰石膏及其制备方法，属于建筑材料领域。
锂渣是在由锂辉石生产碳酸锂的过程中产生的副产物，其产生过程是在生产碳酸锂时，锂辉石在回转窑中经1200～1300℃的温度焙烧，锂辉石由α型转化为β型，β型锂辉石进入冷却机冷却，磨细，再将物料送至酸化窑，在酸化窑中加入浓H2SO4进行酸化，β-锂辉石变成Li2SO4，Li2SO4出酸化窑后经冷却后进入浆化槽，经浸出、过滤、洗涤、分离等工序，生成碳酸锂，滤渣即为锂渣。
石膏是通用的建筑材料，是抹灰石膏的主要原料，也可以制成各种石膏制品用于进一步的装饰或施工。
抹灰石膏是一种新型抹灰材料，它具有轻质、高强、防火、保温、快硬、早强、尺寸稳定等特点。抹灰石膏粘结力强、不易掉灰、表面光滑细腻，自动调节室内温湿度，属绿色建材，被广泛应用在各类墙体的打底和罩面，特别在顶面抹灰掉灰少、不空鼓开裂，施工速度快。目前抹灰石膏大致分为两类单相型抹灰石膏和混合相型抹灰石膏。单相型抹灰石膏是以β-半水石膏为单一组份，外加各种调凝剂，保水剂及填充料制备的，主要特点是工艺简单，成本低，但强度差，凝结时间不稳定，目前较少采用；混合相型抹灰石膏是以β-半水石膏和II-硬石膏混合制备的，主要特点是强度高、凝结时间稳定，易调节、易施工，但工艺相对复杂，设备投资较大，成本也较高。
石膏板材是由石膏加入增强材料、添充料及其它辅料机制而成的，用于制备石膏板材的石膏应该标号在10MPa以上，否则难以达到石膏板需要的强度。
由于受到上述条件的制约，一些品质比较差的石膏，如磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等工业副产品石膏不能用于制作抹灰石膏、石膏板材以及其它高强度石膏制品，只能作为更低档的建材(如水泥调凝)使用。
锂渣作为废料，目前在建材中只应用在水泥中，作为填料用于降低成本、改善水泥的综合性能，锂渣用于水泥砂浆可以替代20％水泥，将锂渣应用于石膏中尚未见报道。
本发明的目的在于提供一种作为石膏增强剂的锂硅粉，将经过处理的锂渣用于石膏中，提高石膏的强度，充分利用废渣，扩大低品位石膏的用途，减少环境污染。
本发明的另一目的在于提供一种含有锂硅粉的抹灰石膏，其中含有普通石膏、由锂盐厂废渣制备的锂硅粉及其它外加剂，其强度大大高于普通石膏制备的抹灰石膏，综合性能良好。
本发明的再一目的在于提供一种含有锂硅粉的抹灰石膏的制备方法，该方法利用锂盐厂废渣，采用特殊工艺处理，简化了抹灰石膏的生产工艺，降低抹灰石膏生产成本。
本发明的再一目的在于提供一种锂硅粉石膏增强剂的用途。
为了实现上述目的，本发明公开一种石膏增强剂，其特征在于该增强剂为由锂辉石生产碳酸锂过程中产生的废渣。由于锂渣的原渣直接使用性能较差，因此本发明中首先处理锂渣，将锂渣烘干后用超细磨粉磨至100-400目，筛余物少于5％，处理后的锂渣称之为锂硅粉，本发明中所采用的锂渣均为处理锂渣，下面称为锂硅粉。由于工艺不同产生的锂渣也不同，酸化法得到的为白色，称之为白渣锂硅粉，碱化法得到的为黄色，称为黄渣锂硅粉。由于锂盐的生产工艺和技术条件以及后处理是相对稳定的，故锂渣以及锂硅粉的化学成份相同，性质也相对稳定，锂渣及锂硅粉的化学成份见表1表1
其中黄渣或黄渣锂硅粉的化学成分优选SiO250.37，Al2O317.59，CaO 9.31，MgO 0.39，SO36.6。
由于目前市场上普通建筑石膏(β-半水石膏)质量差别较大，本发明选则了几种强度不同的普通建筑石膏，A.新型建材厂，B.第二水泥厂、C.磷石膏、D.氟石膏、F.脱硫石膏(工业废石膏)，其中A、B、C的性能见表2。
表2
在各种石膏中，分别掺入白渣锂硅粉、黄渣锂硅粉或两种锂硅粉的混合物，发现锂硅粉对于各种石膏粉都具有明显的增强作用。白渣锂硅粉掺量为5-10重量份时，对各种石膏的增强达到最高，随着掺量的增加，强度下降，掺量在20-25重量份时，强度类似于达到空白试件。黄渣锂硅粉掺量为5-15重量份时，对各种石膏的增强达到最高，随着掺量的增加，强度下降，但即使黄渣锂硅粉的掺量为30重量份，石膏的强度仍然高于空白试件。黄渣锂硅粉的增强作用大于白渣锂硅粉，黄渣锂硅粉强度最大增长60％，白渣锂硅粉强度最大增长40％，掺量在30重量份左右时强度达到基本一致。石膏中锂硅粉的可掺量为1-25重量份，优选为3-15重量份。在低品位石膏如磷石膏、氟石膏、和工业废石膏中分别掺入l0重量份白、黄渣锂硅粉后，强度可以由原来的3-6Mpa增加到8-13Mpa。白、黄渣锂硅粉也可以混合掺入各种石膏中，对各种石膏都具有增强作用。通过电镜照片发现普通石膏中加入锂硅粉增强剂后，其微观结构发生了变化。
进一步，本发明提供一种含有锂硅粉的抹灰石膏，包括石膏、锂硅粉和缓凝剂、保水剂、激发剂，如果需要，还可以加入减水剂和增塑剂等外加剂，所述的石膏可以是普通石膏，即β-半水石膏、II-硬石膏以及适合本发明的其它石膏，优选β-半水石膏。
石膏的凝结速度非常快，黄渣锂硅粉对石膏的凝结时间影响不大，而且渣粉还具有促凝作用，根据抹灰石膏的标准要求，应该掺入缓凝剂以满足抹灰操作要求，由于掺加缓凝剂对强度损失比较严重，通过试验发现，单掺某一种缓凝剂效果并不好，特别是单掺柠檬酸，随着掺量的增加，强度急剧下降，因此本发明中采用复合缓凝剂，该复合缓凝剂很好地解决了缓凝与强度的匹配关系，使抹灰石膏的强度远高于标准。
由于墙体的种类不同，其吸水率差别较大，特别是吸水性较大的墙体，当抹灰石膏抹面施工时，抹灰石膏中的水很快被墙体吸收，导致抹灰石膏失水过快，很快凝结，由于没有完全水化，抹灰石膏强度较低甚至粉化，加入保水剂可以使抹灰石膏具有良好的保水性能。
由于锂硅粉中主要成份为SiO2、Al2O3、CaO，其中SiO2绝大多数是以无定形的SiO2形式存在，从而使锂硅粉具有很好的活性，因此本发明中，在普通建筑石膏中掺锂硅粉的同时，还掺入适量的活性激发剂，使锂硅粉的活性得以充分发挥，使之与石膏作用进一步增加强度。
本发明所述的含有锂硅粉增强剂的锂硅粉型抹灰石膏中，所使用的外加剂分别为缓凝剂主要是羟基羧酸盐、表面活性剂、磷酸盐等，包括柠檬酸钾、酒石酸、柠檬酸钠、磷酸及其钠盐以及变质蛋白质等两种或两种以上的组合，优选柠檬酸盐和酒石酸两种缓凝剂的组合，最优选0.25重量份的柠檬酸钾和0.01重量份酒石酸两种缓凝剂的组合；保水剂包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙甲纤维素、乙基甲基纤维素、聚醋酸乙烯酯、醋酸纤维素、明胶、糊精、微晶纤维素、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素一种或一种以上的组合；活性激发剂为普通硅酸盐水泥以及适合本发明的其它水泥；减水剂为普通减水剂、各种高效减水剂，或二者的组合，如奈磺酸盐缩合物、密胺磺酸盐缩合物、改性木质素磺酸盐或β-奈磺酸盐缩合物以及适合本发明的其它化合物。为了改善锂硅粉增强剂对抹灰石膏的施工性能的影响，还可以加入滑石粉或与滑石粉性能相似的其它原料。必要的时候，可以加入增塑剂。
本发明的抹灰石膏的基本组成及配方为(重量份)石膏粉75-99锂硅粉1-25滑石粉1-5缓凝剂0.1-0.3保水剂0.1-0.3激发剂2-12减水剂0-1优选的配方为(重量份)石膏粉80-95锂硅粉3-15滑石粉1-5甲基纤维素0.15柠檬酸钾0.25酒石酸0.01水泥2-10减水剂0-1其中锂硅粉可以是白渣锂硅粉、黄渣锂硅粉或二者的混合物。
本发明的锂硅粉抹灰石膏的制备方法为首先处理锂渣，将锂渣烘干后用超细磨粉磨至100-400目，筛余量＜5％，将石膏矿经过粗破、细破、炒制、陈化、粉磨后加入上述锂渣粉、缓凝剂、保水剂、激发剂、减水剂等外加剂，按比例将原料予混，再经过混料机混合，即得到本发明的锂硅粉型抹灰石膏。
本发明利用锂盐厂废渣进行适当的工艺处理，得到的锂硅粉不仅作为填料降低了石膏的成本，还可以作为石膏的增强剂，提高各种石膏的强度，扩大了低标号石膏的用途。含有锂硅粉石膏增强剂的普通石膏中，加入适当的其它填料外加剂，可以用简单的方法得到锂硅粉型抹灰石膏，其强度达到混合相抹灰石膏的强度，但生产工艺简单、投资少见效快，同时为锂盐厂废渣的处理多了一条途径，并减少环境污染。
由于锂硅粉对建筑石膏具有增强作用，可以提高各种石膏的强度，可扩大石膏的应用范围，锂硅粉石膏增强剂可以应用于如自流平石膏，保温砂浆及高强度石膏制品，同时也进一步降低了上述制品的成本。
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
图1为本发明的制备锂硅粉和抹灰石膏的工艺流程图；图2为普通建筑石膏，即β-半水石膏的电镜照片图；图3为本发明的白渣锂硅粉增强石膏的电镜照片图；图4为本发明的黄渣锂硅粉增强石膏的电镜照片图。
下面为本发明的具体实施例，所述的实施例是用于描述本发明，而不是限制本发明。
实施例1-8首先处理锂渣，将锂渣烘干后用超细磨粉磨至200目，筛余量＜5％，将石膏矿经过粗破、细破、炒制、陈化、粉磨后加入上述锂渣粉，按照表3给出的比例，称量适量的普通建筑石膏A，加入适量白渣锂硅粉，再经过混料机混合，得到的含有锂硅粉石膏增强剂的普通建筑石膏，强度结果见表3。
表3
由表3可见，在普通石膏A中加入5-20重量份的锂硅粉时，其抗压强度和抗折强度明显提高，但随着锂硅粉量的增加，当用量超过20重量份时，其抗压强度和抗折强度强度都明显下降，锂硅粉用量在24％时，接近于比较例1的空白实验。通过上述实施例确定，石膏中加入锂硅粉的量一般为1-25，优选1-20.最优选3-15重量份。
实施例9-17采用实施例1-8的方法，按照表4的比例，向普通石膏A中加入黄渣锂硅粉，测定强度，结果见表4。
表4
由实施例9-17可以看出，石膏中加入1-25的黄渣锂硅粉，石膏的强度都有明显的提高，黄渣锂硅粉量超过25重量份，强度下降，黄渣锂硅粉的可掺量常为1-25重量份，优选1-20重量份，最优选3-15重量份。
实施例18-26采用实施例1-17的方法，按照表5给出的比例，向普通石膏B中加入白渣锂硅粉，测定强度，结果见表5。
表5
实施例27-35采用实施例1-17的方法，按照表6给出的比例，向普通石膏B中加入黄渣锂硅粉，测定强度见表6。
表6
实施例36-47采用实施例1-18的方法，按照表6给出的比例，向磷石膏中分别加入白渣锂硅粉和黄渣锂硅粉，测定强度，结果见表7、8。
表7
表8
实施例48-56采用实施例1-18的方法，向磷石膏和工业废石膏中分别加入白渣锂硅粉和黄渣锂硅粉，分别测定得到的石膏的强度，结果分别见表9、10。
表9
表10
实施例57-67采用上述实施例的方法，在第二建材厂石膏B中同时加入黄渣锂硅粉和白渣锂硅粉，测定其强度，结果见表11。
表11
实施例68-76按照上述实施例的方法，将锂硅粉研磨成不同的细度，加入石膏A中，二者的比例为锂硅粉10重量份，石膏90重量份，测定其强度，结果见表12。表12
*黄渣锂硅粉和白渣锂硅粉各5％。
由表1-12可以看出，锂硅粉对于不同强度的石膏都具有明显的增强作用，增强幅度大致相同；掺量在5-10重量份达到最高，随着掺量的增加，强度下降，掺量在20-25重量份左右出现了一个反弹，强度类似于达到空白试件；黄渣锂硅粉的增强作用大于白渣锂硅粉，黄渣锂硅粉最大增强60％，白渣锂硅粉最大增强40％，掺量在30重量份左右时强度达到基本一致。因此锂硅粉可以作为石膏增强剂，用于增强各种石膏。锂硅粉在石膏中的掺量为1-25重量份，优选掺量为1-20重量份，最优选掺量为3-15重量份。白渣锂硅粉和黄渣锂硅粉也可以混合掺入石膏中，且随着黄渣锂硅粉用量的增加，石膏的强度提高，进一步改善石膏的强度；锂硅粉的细度也影响石膏粉的强度，锂渣粉的细度越大，掺入石膏中后，石膏的强度越大，考虑到研磨成本，优选锂硅粉的细度为200目。
实施例77-83采用上述实施例的方法，在石膏中加入激发剂水泥，按照表13的量改变激发剂水泥的比例，测定得到的增强石膏的抗压强度和抗折强度，见表13。
表13
由于锂硅粉中主要成份为SiO2、Al2O3、CaO，其中SiO2绝大多数是以无定形的SiO2形式存在，从而使锂硅粉具有很好的活性，因此本发明在在普通建筑石膏中掺中锂硅粉的同时，掺入适量的活性激发剂，使锂硅粉的活性得以充分发挥，试验结果如下表试验证明，激发剂能使锂硅粉型抹灰石膏强度进一步提高。最大强度可由原来基础再提高20-30％。
实施例83-88首先处理锂渣，将锂渣烘干后用超细磨粉磨至200目，筛余量＜5％，按照表14的比例加入缓凝剂、保水剂、激发剂以及其它外加剂得到预混料；将石膏矿经过粗破、细破、炒制、陈化、粉磨后加入上述预混料中，再经过混料机混合，混合均匀后得到锂硅粉型抹灰石膏，测定得到的锂硅粉型抹灰石膏的强度，结果见表14。
表14
其中，实施例83、84的抹灰石膏的强度性能见表15，表15还给出了普通抹灰石膏产品和国家标准规定的抹灰石膏的性能。
表15
由表14-15可以看出，以锂硅粉作为增强剂和填充料，再加入缓凝剂、保水剂、激发剂，如果需要，还可以加入减水剂和增塑剂等外加剂，仅用半水石膏就可配制抹灰石膏，得到的含有增强剂的抹灰石膏的强度远远高于现有技术的抹灰石膏产品，且具有成本低、投资小、简化工艺、充分利用工业废渣、减少废渣对环境的污染、而且施工效果好、速度快的优点，为高品质的绿色建材，具有良好的经济效益和社会效益。
该产品应用在外墙上，经一夏一冬的风吹日晒，雨淋冰冻，未发现任何变化。
比较例5选用20重量份锂硅粉掺加80重量份建筑石膏A，制成试件4×4×16cm，进行电镜和收缩试验。
实测锂硅粉型抹灰石膏30天的最大收缩率掺黄渣锂硅粉膨胀率0.49mm/m，掺白渣锂硅粉收缩率0.42mm/m，均小于水泥的收缩值。
图2为普通建筑石膏，即β-半水石膏的电镜照片图；图3为本发明的白渣锂硅粉增强石膏的电镜照片图；图4为本发明的黄渣锂硅粉增强石膏的电镜照片图。由电镜可以清楚地看到，半水石膏的硬化体主要是由水化新生物(二水石膏)结晶体彼此交叉连接形成的一个多孔的网状结构，其晶体形态如针状，在掺加了锂硅粉后，形成的也是多孔的网状结构，但针状体较粗，且形状不规则，在针状体中有块状及不规则物质生成并连接在各针状体之间及网状孔隙之中，使网状结构中的孔隙相对紧密，这种情况在图4掺黄渣锂硅粉的电镜照片中尤其明显。对照锂硅粉的化学成份(见前表1)可以看出锂硅粉中的SiO2、Al2O3、CaO在和半水石膏水化反应后，生成水化硅酸钙、硫铝酸钙，铝酸锂等，使网状结构致密，因此锂硅粉抹灰石膏强度高于半水石膏，至于结晶体变粗(估计这主要与锂硅粉中的少量Li2CO3的作用有关)，还有待于进一步研究。
权利要求
1.一种作为石膏增强剂的锂硅粉，其特征在于将由锂辉石生产碳酸钾的过程中产生的废渣烘干，然后用超细磨粉磨而成，其细度为100-400目，筛余量小于5％。
2.根据权利要求1的作为石膏增强剂的锂硅粉，其中所述的废渣为酸化法生产碳酸钾过程中产生的废渣，其颜色为白色，为白渣。
3.根据权利要求1的作为石膏增强剂的锂硅粉，其中所述的废渣为碱化法生产碳酸钾过程中产生的废渣，其颜色为黄色，为黄渣。
4.一种增强抹灰石膏，是在石膏中加入白渣锂硅粉、滑石粉、缓凝剂、保水剂、激发剂、减水剂混合搅拌而成，其特征在于其重量份配比如下石膏粉75-99锂硅粉1-25滑石粉1-5缓凝剂0.1-0.3保水剂0.1-0.3激发剂2-12减水剂0-1其中锂硅粉是将由锂辉石生产碳酸钾的过程中产生的废渣烘干，然后用超细磨粉磨而成，其细度为100-400目，筛余量小于5％。
5.根据权利要求4的增强抹灰石膏，其中所述的石膏为普通建筑石膏、磷石膏、氟石膏或脱硫石膏。
6.根据权利要求4的增强抹灰石膏，其中所述的锂硅粉为酸化法生产碳酸钾产生的废渣粉磨而成的白渣锂硅粉。
7.根据权利要求4的增强抹灰石膏，其中所述的锂硅粉为碱化法生产碳酸钾产生的废渣粉磨而成的黄渣锂硅粉。
8.根据权利要求4的增强抹灰石膏，其中所述的锂硅粉为酸化法生产碳酸钾产生的废渣粉磨而成的白渣锂硅粉，和碱化法生产碳酸钾产生的废渣粉磨而成的黄渣锂硅粉。
9.根据权利要求4的增强抹灰石膏，其中所述的缓凝剂为柠檬酸钾、酒石酸、柠檬酸钠、磷酸及其钠盐以及变质蛋白质的两种或两种以上的组合；所述的保水剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙甲纤维素、乙基甲基纤维素、聚醋酸乙烯酯、醋酸纤维素、明胶、糊精、微晶纤维素、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素的一种或一种以上的组合；所述的激发剂为普通硅酸盐水泥；所述的减水剂为奈磺酸盐缩合物、密胺磺酸盐缩合物、改性木质素磺酸盐、β-奈磺酸盐缩合物的一种或一种以上的组合。
10.根据权利要求6的增强抹灰石膏，其中所述的缓凝剂为柠檬酸钾和酒石酸的组合。
全文摘要
本发明提供了一种石膏增强剂——锂硅粉和含有该石膏增强剂的抹灰石膏。使锂盐厂的废渣锂渣不仅作为填料降低了成本,可以作为各种石膏的增强剂,提高石膏的强度,如作为β－半水石膏的增强剂,使由β－半水石膏制备的抹灰石膏的强度高于混合相抹灰石膏,且工艺简单,投资少、见效快,同时为锂盐厂解决废渣处理多了一条出路,减少了对环境的污染。以锂硅粉作为增强剂和填充料,仅用半水膏就可配制抹灰石膏,而且施工效果好,速度快。
文档编号C04B28/00GK1345701SQ0012497
公开日2002年4月24日 申请日期2000年9月27日 优先权日2000年9月27日
发明者杨桓, 杨安琪 申请人:新疆维吾尔自治区建筑科学研究院