半水合硫酸鈣的處理方法

2023-05-08 07:41:21 5

專利名稱：半水合硫酸鈣的處理方法
技術領域：
本發明涉及處理β半水合硫酸鈣的方法。更具體而言，本發明涉及減少β半水合硫酸鈣需水量的後煅燒方法。

背景技術：
石膏為式CaSO4.2H2O的二水合硫酸鈣[DH]。石膏礦床存在於世界各處並且百年來主要在建築工業中用於結構和裝飾目的。近來合成石膏可作為化學過程的副產物或作為除去燃煤發電站煙道氣中二氧化硫的副產物而獲得。使用石膏的主要商業價值是由加熱時石膏能失去結合於石膏晶體中的四分之三的水而產生的，該過程被稱為煅燒，如下示反應式中所說明。
CaSO4.2H2O+熱→CaSO4.1/2H2O+11/2H2O [石膏][半水合硫酸鈣或熟石膏] 在更高的溫度下進一步加熱時，半水合硫酸鈣將失去剩餘的水分並形成可溶的無水石膏或無水石膏III[AIII]，其具有同半水合物類似的晶體結構並易於通過從大氣中吸收水蒸氣而重新轉化成半水合物。半水合物暴露於高溼度下不僅將任何可溶的無水石膏轉化成半水合物，而且還能將半水合物緩慢轉化成石膏，並降低半水合熟石膏的整體反應性；這是一種通常被稱為老化熟石膏的方法。更進一步加熱將導致半水合物或可溶無水石膏轉化為不溶的無水石膏形式，無水石膏II[AII]。
當半水合物[HH]形式與水在室溫混合形成漿體時，半水合物溶解在水中並重結晶為石膏，並且其在該過程中固化。在室溫下半水合物比石膏更易溶於水，這導致半水合物溶解和石膏沉澱出來。按純物質[100％純石膏]計，將100g半水合物轉化成石膏僅需要18.6ml水。
已經證明存在幾種方法使石膏脫水成或將其煅燒成熟石膏，並且通過這些不同方法產生多種不同類型的半水合物。最常見的產生的半水合硫酸鈣為「β」形式，其中將石膏進行精磨，然後在高溫、常壓條件下煅燒，得到快速固化半水合物。另一常見類型被稱為「α」，其中脫水過程在大於大氣壓的壓力條件下進行。α和β型半水合物之間的主要差別之一為與粉末狀半水合物混合得到可澆注漿體所需水的量(即需水量)。將半水合物與水充分混合之後，典型的β半水合石膏將需要75-100ml水每100g石膏，以得到可澆注漿體。另一方面，典型的α半水合物將僅需要28至45ml水即可得到100g熟石膏的可澆注漿體。有關α和β半水合物之間的差別，實際上是半水合物與每摩爾CaSO4具有0.67或0.8摩爾水的形式之間的差別在科技文獻中已有大量論述。但出於實踐目的，看來所有這些形式都具有基本相同的晶體結構。半水合物和更多水合形式之間的差別似乎在於在平行於晶體C軸的開放通道中存在更多的水分子。雖然α和β半水合物的粉末衍射圖樣之間看來存在一些較小差別，但是最新的觀點為β半水合物僅為α半水合燒石膏結構的一種受應力更大和更無序的形式。
不囿於理論，認為α和β半水合物之間需水量的這種差異是由用以製備半水合物的煅燒過程所造成的物理和化學效應的結合引起的。β半水合物的煅燒產生受應力和無序的半水合物顆粒，所述顆粒在水中混合時將破碎成更細小的顆粒。這些細小顆粒的內表面通常高度帶電，這導致這些顆粒在水中混合時其周圍形成結構性雙重離子層。但是，α半水合物顆粒即使當進行精磨時也不能碎裂成所述細小顆粒，並且通常使表面能更低，而這導致製備可澆注混合物所需的水更少——甚至在暴露於高剪切力之後。半水合物的水混合物的流變性質取決於半水合物顆粒在水中混合後的表面化學和顆粒大小及形狀。
β石膏被用於其中需要輕質快速固化產品的應用中，而α產品被用於其中更重要的是在固化熟石膏的鑄造過程中具有更高強度和/或更優良細部(detail)的應用中。
不論使用α還是β半水合物，向粉末中添加比水合作用化學所需更多的水以得到可澆注漿體。在大多數情況下，這部分額外的水必須通過乾燥過程除去，而所述乾燥過程為非常能源密集的並且昂貴。因此，在所述情況下使用較低需水量的熟石膏的優點是能節省乾燥費用。使用β半水合熟石膏時尤為如此，因為與該熟石膏混合的水比使半水合物水合成石膏所需的水多得多。例如，由快速固化β熟石膏製成的典型的1/2英寸(12.5mm)厚度石膏板需要從每平方米板中乾燥約3.6至4kg水，而如果所述石膏板可由α半水合物製成，則僅需乾燥掉所述水量的約一半。但是，低需水量的α石膏具有不同的固化性質，這使得它們對於某些應用而言不可用。α半水合物的所述固化性質太慢以至對於現代石膏板行業而言在商業上不可行。
已嘗試使用化學試劑例如分散劑[萘磺酸鹽[NS]、木素磺酸鹽、三聚氰胺樹脂等]以改進懸浮液中半水合物顆粒的表面性能並由此降低製備可澆注漿體所需水的量來減少這些乾燥器的蒸發性負載。但所述化學試劑相當昂貴並且它們的效力有限，從而實際可降低的需水量在大多數情況下不多於15％。這些化合物在石膏和水泥工業中也通常被稱為減水劑或超塑化劑。
存在兩種製備低需水量的α熟石膏的常見商業方法一種「幹」法，其中塊狀石膏巖在高溫高壓下、通過在封閉容器中直接蒸汽而煅燒；和一種「溼」法，其中將石膏在水中漿化並在高溫高壓下於漿體中煅燒，得到在使用前需要被過濾並乾燥的半水合物。注意，溼法和幹法的原料均為石膏，在溼法的情況下為塊狀形式石膏，在幹法情況下為在高壓釜中懸浮於水中的細分散的石膏粉。
還存在幾種製備β熟石膏的不同技術，實例有烘箱中的簡單開口託盤、轉窖、通常使用的以分批或連續模式運行的釜式法(kettle process)(如圖2中所示例說明)，或者快速煅燒技術，其中使石膏暴露於高溫氣體下一段較短的時間從而除去石膏中結合的結晶水。由所述不同方法產生的石膏特徵可能彼此很不相同，這不僅是由於所使用的煅燒設備不同，還由於煅燒過程中所應用的工藝參數不同。但是，通常，所有這些方法在所有條件下均生成需水量高於α半水合物方法的需水量的半水合熟石膏。
產生α或β熟石膏的理想煅燒將導致石膏完全轉化為半水合物。但是實際上，會產生其它物質殘留的未煅燒石膏、可溶的無水石膏、不可溶的無水石膏、或者可能甚至是氧化鈣。
工業上公知的是，如果過度煅燒熟石膏從而產生一些不可溶的無水石膏，則可降低所生成熟石膏的可澆注性需水量。這是因為一些石膏已經轉化成惰性無水石膏形式並且不可再有效固化，並且作為一種對半水合物的表面處理行為可防止其在混合時分解。該實踐所具有的缺點為限制所得漿體的固化特徵和降低固化漿體的強度發展特性。
類似地，已描述了其中以與早前描述的天然老化方法類似的方式對β石膏進行處理來降低需水量的不同方法。Flood的美國專利3,898,316描述了通過在連續煅燒中添加可溶性鹽從而降低需水量的乾燥化(aridization)方法。Kinkade的美國專利3,415,910描述了通過將石膏煅燒成半水合物然後將其重新溼潤並在釜中再次加熱從而得到低需水量石膏的兩步法。Zaskalicky的美國專利4,533,528描述了對溼法合成的石膏或化學副產物石膏所進行的連續煅燒，由於當被添加至釜中時石膏為溼的而得到較低需水量的β石膏。Stone的美國專利4,238,445和O′Neill的4,201,595兩者均描述了通過用少量液態水處理熟石膏並進行研磨以得到需水量減少的熟石膏的方法，雖然所述熟石膏在固化時發展強度的能力具有一些顯著降低。此外，如果由這些方法得到的熟石膏不能立即使用，則需要對其進行乾燥以避免熟石膏具有不可預知的固化性能。Bounini的美國專利4,360,386也描述了一種其中用一種增溶劑的水溶液噴灑熟石膏同時進行研磨以得到低需水量熟石膏的方法。近來Bold的美國專利申請公開文本2005/0152827描述了一種其中包括用75至99℃的水和/或蒸汽處理β熟石膏、接著固化和乾燥的多步法。通常，水噴霧/固化/乾燥方法導致剩餘石膏含量增加從而使經處理的石膏含有3-7％的二水合物。
通過所述方法可以降低大約15-30％的需水量，但是以一種形式或另一種形式實施所有這些受迫老化方法均成本較高。在乾燥化的情況下，需要向熟石膏中添加可溶性鹽，這限制了其用於石膏板應用中的用途並導致熟石膏應用中的設備腐蝕問題。存在幾種基本不同的溼潤、固化和乾燥方式的處理方法。通常地，這些方法限制了生產率並需要大量資本投資。此外，如Bold最近所描述的，兩個主要關注點是非預期再水合，其產生二水合物，該二水合物在熟石膏漿中起晶種作用；以及在設備中的累積或測量。二水合物的形成可導致固化混合物的早期硬化，並且經老化的熟石膏緩慢溶解從而導致最終固化延長。該類型漿體的整體固化性能使得其非常難於在快速生產方法中使用。由於所述問題，β熟石膏的後煅燒處理具有有限的應用，尤其是在製備石膏板的過程中。乾燥化是工業石膏所通常使用的，但是工業上受歡迎的是其中無需添加可溶性鹽而得到低需水量熟石膏的方法。
對許多所述β熟石膏應用來說似乎α熟石膏更理想，但是α半水合物的製備成本高得多並且難於實施。此外，α熟石膏的性能使得它們極不易於進行這樣的處理，其中半水合物漿體必須極快速地固化從而得到低密度、輕質產物，例如石膏板。
如果應用需要一種介於典型的α和β熟石膏之間的半水合熟石膏中間體，則提供該產物的常規方式是建造兩套生產設備——一套用於生產α，一個用於生產β，連同一個混合設備一起，來生產介於所述兩種類型物質之間的熟石膏中間體。Cox的美國專利6,964,704描述了通過將石膏壓製成塊然後在高壓釜中煅燒從而得到性能居間的物質的方法。
石膏工業用於測量半水合熟石膏固化性能的方法之一為測量由半水合物水合成為石膏放熱所產生的升溫曲線。不同的公司有不同的程序/技術來監測該性能。在製備石膏板過程中，通常希望固化過程緩慢開始從而使紙面襯裡被漿體溼潤，但是快速結束從而使水合過程在石膏板進入乾燥器之前儘可能地完全。一種常用技術為確定水合曲線的最大斜率(℃每分鐘)，優選性能為在混合之後立即出現極低斜率，並且最大斜率在整個水合過程中出現極晚。在此情況下，半水合板灰泥(stucco)固化極快並幾乎一直持續至水合時間的最末段。這通常與最終漿體的改進強度性能有關。通過這種測量，β熟石膏工作情況極好，得到如圖1所示例的固化曲線。但是，由於更低的需水量和更低的混合熱容，典型的α熟石膏將具有更大的總體溫度升高，但是接近水合末段的總體固化過程極慢，需要很長時間才能完成。
其它的石膏熟石膏應用需要不同的固化性能。粉刷石膏需要比通常用於板石膏的更大的強度，但是需要由β熟石膏所顯示而不是由α熟石膏所顯示的「稠度(body)」。模塑石膏(molding plaster)需要提供精確的細部再生的能力和良好的強度性能，以及受良好控制的膨脹/收縮性能。固化控制(set control)和晶體習性改變劑可用於改進石膏熟石膏的性能從而對所需性能進行微調，但是通常起始點為α熟石膏、β熟石膏或兩者的摻合物。
最常用以控制半水合物固化過程的添加劑為粉碎的石膏加速劑(gypsum accelerator)，其能有效地用作提供更大的石膏表面積以便溶解的鈣離子和硫酸根離子結晶於其上的晶種。可通過幾種方法製得多種形式的粉碎的石膏加速劑，以便使石膏晶體表面的活性最大化或穩定。還存在另一種類型的加速劑，通常稱為化學加速劑，其使溶解半水合物並將鈣離子與硫酸根離子輸送到正在生長的石膏晶體上的化學過程更快地發生。典型的化學加速劑為硫酸鉀和硫酸鋁，或其它可溶的硫酸鹽，或硫酸。提高半水合物的離子強度或溶解度使其高於石膏的值的化學試劑也為化學加速劑。
還有幾種可延遲水合過程速率的化學試劑。這些物質為可幹擾鈣離子化學活性的常規螯合劑，或為幹擾半水合物溶解的化學試劑，或為阻礙石膏晶體表面接受可溶性鈣離子和硫酸根離子的化學試劑。典型的市售阻滯劑為二亞乙基三胺五乙酸(DTPA)、檸檬酸、酒石酸和水解的角蛋白；但是許多吸附於石膏晶體表面上的化合物將延遲半水合物的固化過程。例如，木素磺酸鹽中發現的糖、聚丙烯酸和多磷酸鹽，雖然它們可因為另一個原因例如作為分散劑而加入固化的半水合物漿體中，但是均為有效的阻滯劑。


發明內容
在一個寬泛的方面中，提供一種處理β半水合硫酸鈣的方法。該方法包括使β半水合硫酸鈣暴露於壓力高於大氣壓的蒸汽中。
該寬泛方面的一個優點為所述處理將降低β半水合硫酸鈣的需水量。已發現，根據該寬泛方面處理的β半水合硫酸鈣的需水量可減少高達40％或更大。此外，已發現，需水量的減少可隨著蒸汽溫度和壓力的增加而增強。此外，已發現，根據所述寬泛方面對β半水合硫酸鈣的處理減少了在大氣壓以上0.1psi至210psi(即psig)範圍內的蒸汽壓下經處理的熟石膏的需水量。此外，已發現，根據所述寬泛方面對新煅燒的β半水合硫酸鈣的處理減少了在100℃至200℃範圍內的蒸汽溫度經處理的熟石膏的需水量。
另一個優點為根據所述寬泛方面處理的β半水合硫酸鈣可顯示出有益的固化性能，而無需使用高水平的化學加速劑、阻滯劑或化學分散劑。即，用根據所述寬泛方面處理的β半水合硫酸鈣所製得漿體的固化性能可具有同用高需水量的未經處理的β半水合硫酸鈣所製得的漿體類似的固化性能。
此外，已發現，天然及合成石膏均發生需水量的降低。此外，已發現，如果經處理的β半水合硫酸鈣含有更高水平的可溶性無水石膏，仍可發生需水量的減少。
所述寬泛方面的另一個優點為，如果未經處理的β半水合硫酸鈣含有殘留的二水合硫酸鈣，則所述二水合硫酸鈣中的一些在該過程中可轉化為半水合物。類似地，如果未經處理的β熟石膏含有可溶的無水硫酸鈣，則該可溶性無水石膏中的一些在該處理過程中可轉化為半水合物。因此，根據所述寬泛方面處理的β半水合硫酸鈣比未經處理的β半水合硫酸鈣可更接近100％半水合物的化學分析。
所述寬泛方面的另一個優點為，同用未經處理的熟石膏製得的具有類似密度和固化時間的石膏立方體(gypsum cube)相比，該方法可能不會導致用經處理的β半水合硫酸鈣製得的立方體壓縮強度的減少。
在一些實施方案中，該方法包括將β半水合硫酸鈣提供至壓力室中，和向該壓力室中提供蒸汽從而達到所需壓力。在進一步實施方案中，該方法包括保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達至少5秒鐘的停留時間。這類實施方案是有利的，因為β半水合硫酸鈣在相對較短處理時間之後將顯示出需水量減少。根據該實施方案進行的處理可在幾秒之後實現需水量的減少。
在一些實施方案中，向壓力室中提供初始熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣，並向該壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽；而且該方法還包括選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在該過程期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
在一些實施方案中，該方法還包括釋放壓力和使β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下的溫度。在一些所述實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進行選擇，從而使小於2％的β半水合硫酸鈣在冷卻過程中轉化為二水合硫酸鈣。
在一些實施方案中，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，停留時間在5秒和900秒之間。有利地，已發現，提供至175℃的壓力室中並暴露於65psig壓力的蒸汽中達3分鐘的β半水合硫酸鈣將顯示出55ml/100g的需水量，而未經處理的類似的半水合硫酸鈣將顯示出91ml/100g的需水量。
在一些實施方案中，將壓力室加熱至室溫度，並將壓力室中的蒸汽加熱至高於初始溫度的最終溫度；並且該方法還包括對室溫度進行選擇，從而在該過程中使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
在一些實施方案中，室溫度在115℃和200℃之間，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
在一些實施方案中，蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並向壓力室中提供處於在露點溫度的+/-5℃範圍內的初始蒸汽溫度下的蒸汽。
在一些實施方案中，蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並向壓力室中提供初始溫度小於露點溫度的蒸汽，且將該蒸汽在壓力室中加熱至露點溫度+/-5℃範圍內的最終蒸汽溫度。
在一些實施方案中，提供初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間的蒸汽。
在一些實施方案中，蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供處於在露點溫度+/-5℃範圍內的熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣。
在一些實施方案中，所需壓力在0.1psig和210psig之間。在進一步實施方案中，所需壓力在10psig和200psig之間。
在一些實施方案中，停留時間在5秒和900秒之間。在進一步實施方案中，停留時間在5秒和600秒之間。
在一些實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進行進一步選擇，從而降低該方法中的β半水合硫酸鈣中剩餘石膏含量。在進一步實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進行進一步選擇，從而降低該方法中的β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
在一些實施方案中，在停留時間期間，向壓力室中提供額外蒸汽。在一些實施方案中，在停留時間之前和停留時間期間，加熱壓力室。
在一些實施方案中，該方法還包括對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進行選擇，從而使該方法期間β半水合硫酸鈣的固化時間增加不多於15％。
在另一寬泛方面中，提供了使用本處理方法產品的使用方法。該使用方法包括將半水合硫酸鈣與水進行混合以形成可澆注的漿體。
在一些實施方案中，將10重量份半水合硫酸鈣與小於7.5重量份的水混合以形成可澆注的漿體。
在另一寬泛方面中，提供了處理β半水合硫酸鈣的方法。該方法包括向壓力室中提供一些處於熟石膏溫度的β硫酸鈣；和向壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽從而使壓力室中達到大氣壓以上的壓力。對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力進行選擇，從而使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
在一些實施方案中，該方法還包括在停留時間內保持壓力室內的壓力在大氣壓以上。在進一步實施方案中，該方法包括釋放壓力和使β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下。在一些所述實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力進行進一步選擇從而使冷卻過程中小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
在一些實施方案中，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，停留時間在5秒和900秒之間。
在一些實施方案中，加熱壓力室，並將壓力室內的蒸汽加熱至高於初始蒸汽溫度的最終蒸汽溫度。
在一些實施方案中，初始熟石膏溫度在100℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，停留時間在5秒和900秒之間。
在一些實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇從而降低該過程中的β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。在進一步實施方案中，對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇從而降低該過程中的β半水合硫酸鈣中的可溶性無水石膏的含量。
在另一寬泛方面中，提供了處理β半水合硫酸鈣的另一方法。該方法包括向壓力室中提供一些溫度在120℃和190℃之間的β硫酸鈣；向壓力室中提供溫度在115℃和195℃之間的蒸汽，從而使壓力室中達到10psig和200psig之間的壓力；和保持壓力室內的壓力在10psig和200psig之間達5秒至900秒。



結合以下對本發明優選實施方案的描述，將對本發明的所述及其它優點有更充分和詳細的理解，其中 圖1為由已知β半水合硫酸鈣顯示出的固化曲線的一個實例。
圖2為煅燒石膏所用已知方法的一個實例。
圖3為本發明方法的一個實施方案的流程圖；並且 圖4為適於在本發明方法中使用的壓力室的一個實施方案的正視圖。

具體實施例方式 試驗方法的描述 石膏相分析對二水合物、半水合物、無水石膏(III)、自由水及其它物質的百分比組成通過如下的石膏相重量分析程序進行測定在天平上稱重空容器，精確至0.0001g。將4至6g試樣添加到該容器中(按照需要預先用研缽和研杵進行精磨)並稱重，置於60-80％相對溼度的空氣中過夜。然後將該試樣在Yamato DKN600(Santa Clara，CA)的數字控制恆溫烘箱中於45℃乾燥2小時，之後稱重。接著，將20mL蒸餾水添加到該試樣中，並蓋住該試樣，然後在室溫下再水合2小時。然後再將該試樣在45℃乾燥過夜，之後稱重。然後將該試樣在Orton(Westerville，Ohio)的Sentry Xpress 2.0窯中於300℃加熱2小時。然後覆蓋該試樣並進行短暫冷卻和儘可能快地稱重。最後，由稱重結果計算重量％自由水、％可溶性無水石膏(III)、％二水合物、％半水合物和％其它物質。
溼度平衡分析含溼量通過試樣在Ohaus MB45溼度分析儀(PineBrook，NJ)中加熱過程的重量損失進行測定。稱重試樣盤並將約2g試樣添加到試樣盤中。將該盤和試樣以最大速率加熱升溫至200℃直至重量損失穩定並記錄溼度百分比。
連續釜煅燒通過保持對釜的平穩供料和出料而進行連續煅燒。所使用的實驗室規模的連續釜裝置為帶有機械攪拌器的常規構造的20升容器，將其設計為一旦釜滿至一定容積時，熟石膏即從釜底部產出(見圖4)。通過使用兩個熱源對釜進行加熱，一個夾套環繞在釜的側部，一個夾套在釜的底部上，每一個夾套由Staco Energy Products(Dayton，OH)的10amp、1.4KVA的自耦變壓器進行可變控制。連續煅燒過程通過用Eriez(Erie，PA)N 12-G30HZ-115/230振動給料器可變地連續給料石膏而保持釜內處於所需溫度來進行。所述物質從釜的頂部進料，當釜的容積達到一定容量時，該物質從底部穿過釜一側的堰管(weir tube)而被擠出。所述堰管有一個當所述物質沿堰管到達排出口時保持其被流化的空氣噴槍(air lance)。機械攪拌器攪動床層從而使釜中溫度分布均勻。通過打開加熱器、除塵器、機械攪拌器、空氣噴槍和溫度記錄裝置啟動釜的運行。一旦釜達到約130℃，即開始進料石膏。當裝料時對釜持續加熱直至達到控制溫度，其後將石膏裝入釜中以保持溫度在恆定水平。填裝釜需要約45分鐘，一旦釜開始產生經煅燒的物質，即將釜放置另一個(約)45分鐘以便使運行變得穩定並具有均勻的輸出。通過K型熱電偶監測堰管底部和接近釜床頂部的溫度。通過帶有合適的計算機記錄軟體的Sper Scientific 800024溫度計(Scottsdale，AZ)讀取溫度數據。
分批煅燒分批煅燒的操作通過將釜預熱至140℃和160℃之間然後開始裝料而進行。分批煅燒所煅燒的熟石膏約為9kg。分批煅燒的進料速率保持恆定在150g/min從而達到釜的裝填時間在45和90分鐘之間。一旦開始裝料，釜的溫度就下降，其後手動地循環打開和關閉側部加熱器從而使溫度保持在110℃和120℃之間。一旦停止向釜中裝料，在只打開底部加熱器的情況下使釜運行，從而使熟石膏的溫度逐漸升高。熟石膏的溫度增加是因為所驅出的水量減少並且可驅出的水量減少。當溫度達到145℃和155℃之間時，通過打開釜底部的閘門移除熟石膏。如果進行乾燥化的分批煅燒，則需在煅燒過程中與石膏一起添加氯化鈣。對於9kg的批量，添加0.1重量％的氯化鈣，或對於整個分批煅燒添加9g氯化鈣。分批煅燒操作以與乾燥化分批煅燒相同的方式進行，只是不添加氯化鈣。
粒度分析用Malvern使用Malvern Mastersizer 2000(Worcestershire，United Kingdom)測量粒度分布。通過將試樣分散在溼分散單元中的異丙醇溶液中而進行試驗，所述溼分散單元以1800RPM運行。對「石膏(avg)」材料密度的設定進行假定，並在扣除背景之後在10和20遮光比(obscuration)之間進行測量。
機械混合需水量機械混合需水量的測量通過在30秒內向混合器(Cuisinart SmartPower(East Windsor，NJ))中含1.0g檸檬酸鈉的經反覆考察量的室溫平衡水中添加400g熟石膏、接著在最高速率下混合7秒鐘來確定。然後將混合漿體倒入乾淨玻璃板上的2英寸直徑、4英寸高的圓筒中。一旦管裝填滿，即將其迅速豎直提升以使漿體散布到經測量直徑的鍋釜(patty)中(稱為坍落)。熟石膏在其所述需水量下的目標直徑為7.5英寸。
壓縮強度固化石膏立方體的壓縮強度通過固化2英寸立方體形式的熟石膏進行測量，並通過購自Test Mark Industries(Beaver Falls，PA)的液壓抗壓試驗機進行機械測量。將600g熟石膏混合至所述需水量，在30秒內接著混合7秒。然後將漿體倒入2英寸立方體模型中，並對角落處用刮勺攪拌以除去任何夾帶的氣泡。然後在完全水合之前將過量的漿體用油灰刀除至水平，而在完全水合之後將立方體從模型中除去。使用Humboldt MFG CO.(Norridge IL)的Vicat測試儀器測量Vicat固化時間。對立方體稱溼重並在45℃乾燥過夜。在立方體乾燥至質量恆定完成之後再次稱重。然後在液壓抗壓試驗機中對立方體進行試驗，使立方體的上表面對著側面以避免由於重力沉降而產生的任何影響。在60至160lbs/sec的負載率下對立方體進行試驗。記錄峰值強度並除以立方體的表面積，將其稱為壓縮強度。
升溫固化曲線熟石膏試樣的固化曲線通過在使用ExtechInstruments 421508溫度計(Waltham，MA)和K型熱電偶的絕熱量熱計中測量熟石膏漿體放熱溫度的升高隨時間的變化而進行測定。將400g熟石膏在30秒內添加到所述量的水中並混合7秒鐘。然後將該混合物倒入量熱計中的聚苯乙烯泡沫塑料杯中並密封，同時以0.1C的精確度和1秒的間隔記錄溫度。分析所得到的溫度對時間的數據曲線從而確定溫度的升高、98％的固化時間及最大斜率處的時間與溫度。在一些實例中，添加經球磨的加速劑，所述加速劑通過將750g生石膏和15g表面活性劑Nansa HS90/AF(Albright&Wilson Americas，Glen Allen，VA，USA)在Lortone QT12/QT66旋轉滾筒(Seattle，WA，USA)中球磨240分鐘而製得。所述旋轉滾筒裝載有40個1英寸直徑的鋼球和20個1英寸直徑、1英寸長的鋼圓柱體。
本發明的實施方案提供了β半水合硫酸鈣的後煅燒處理方法，該方法提供了具有改進性質的β半水合硫酸鈣。該方法包括將半水合硫酸鈣(下文稱為熟石膏)暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中。當在以下所述條件下實施該方法時，其能將熟石膏的需水量降至所需水平。在一些實施方案中，熟石膏的需水量降低至少3％、最高達40％或更大。在一些實施方案中，該方法在能將熟石膏的需水量降至所需水平的條件下實施，同時不會促使熟石膏轉化為不溶的無水硫酸鈣，並且不會促使熟石膏轉化為二水合硫酸鈣(石膏)。現將對所述條件進行描述。
根據本發明，熟石膏的需水量可通過將該熟石膏在壓力室中暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中一段時間(下文稱為停留時間)而降至所需水平。已發現，需水量的減少發生在較寬範圍的蒸汽溫度和壓力下。令人驚訝的是，已發現，不論所提供的蒸汽為過熱蒸汽或飽和蒸汽還是在冷凝環境下的蒸汽，所述處理均有效。令人驚訝的是，還發現隨著壓力室中的壓力增加，實現需水量的降低所需的停留時間減少，並且蒸汽溫度升高。還發現，在某些條件下，所述處理方法出人預料快地生效。此外，還發現需水量的減少可根據停留時間而改變。因此，使用者可根據所需的熟石膏性質選擇停留時間。還發現，處理條件也可具有極大影響，而同時在處理之後得到具有極低吸附水水平的熟石膏並因此可在冷卻經處理的熟石膏時減少熟石膏向石膏的轉化。
為了減少該過程中熟石膏向石膏的轉化，可提供處於發生轉化為石膏的溫度以上的溫度的熟石膏，並且可減少可被熟石膏吸附的水的量。一般而言，熟石膏在60℃以下的溫度、在水的存在下將轉化為石膏。因此，可向該過程提供60℃以上的熟石膏。此外，可通過減少處理過程中冷凝的蒸汽量來減少可被熟石膏吸附的水的量。這可通過向該過程提供甚至更高溫度即遠在60℃以上的熟石膏而受到有利的影響。這樣做，當該方法完成之後將熟石膏冷卻至60℃以下時，存在更少的使熟石膏轉化為石膏的水。在一些實施方案中，可提供接近蒸汽露點溫度的熟石膏。在進一步實施方案中，可提供蒸汽露點溫度或該溫度以上的熟石膏。即，在一個實施方案中——其中所述方法在40psig的壓力下實施，並且提供至少143℃或加熱至至少143℃(其為40psig下的露點溫度)的蒸汽——可提供143℃或143℃以上溫度的熟石膏，從而抑制蒸汽在熟石膏上冷凝。在進一步實施方案中，提供蒸汽露點以下溫度的熟石膏，這導致蒸汽冷凝到熟石膏中，並且熟石膏溫度朝著所使用蒸汽的溫度升高並最終達到該溫度。令人驚訝的是，該處理方法對減少熟石膏的需水量仍有效，並且不會導致在熟石膏冷卻至60℃以下之後經處理的熟石膏中過量的石膏水平。
在一些實施方案中，為減少熟石膏向不溶性無水石膏的轉化，所提供蒸汽的溫度足夠低，以至阻礙了由熟石膏向不溶性無水石膏的形成。已發現，約200℃以下的溫度抑制所述形成。
正如本領域普通技術人員所知，煅燒石膏產生熟石膏通常在約120℃至約190℃的溫度下進行。已發現，如果將熟石膏從煅燒過程中取出並提供給本發明的該處理過程，而無中間貯存階段，則熟石膏的溫度適於減少處理過程中熟石膏的需水量。還發現，需水量的減少可在所述過程中不造成石膏形成或不溶性無水石膏形成的情況下發生。在一些實施方案中，所述處理方法導致石膏含量減少。在其它實施方案中，所述處理方法減少了可溶性無水石膏的含量。因此，在一些實施方案中，為在縮短的時間裡將熟石膏的需水量減少至所需水平，和避免冷卻之後熟石膏轉化為石膏，本方法包括在熟石膏溫度介於120℃和190℃之間時將直接來自煅燒過程的熟石膏提供給壓力室；並提供100℃和200℃之間溫度的蒸汽直至壓力室內的壓力達到蒸汽露點或接近蒸汽露點，並保持壓力達給定停留時間。或者，該方法還表現出對在稍後時間裡進行了再熱的熟石膏在貯存室溫下的需水量的減少有效。
參照圖3，示出了一種用於後煅燒處理β半水合硫酸鈣(熟石膏)的示例性方法300。所述方法為分批法；但是，應考慮的是，該方法可為連續或半連續法。在步驟302中，將熟石膏提供至壓力室中。所述壓力室可為本領域已知的任何適宜的壓力室。適宜壓力室400的一個實施方案示於圖4中。在所示該實施方案中，壓力室400含有一個室主體402、熟石膏入口404、熟石膏出口406和一個蒸汽入口408。室體402可由例如3英寸直徑不鏽鋼管制成。在一些實施方案中，室主體402可為圓筒形。熟石膏入口404和熟石膏出口406可包括例如球閥。更具體而言，在一些實施方案中，熟石膏入口404和/或熟石膏出口406可含有市售可得的Clyde Materials Handling，Doncaster U.K.的名為Spheri Valve的閥。在所示實施方案中，蒸汽入口408被設置於壓力室的一個側壁，並且位於室高度的中央。在其它實施方案中，蒸汽入口可設置於壓力室的底壁或壓力室的頂壁。導管410連接至蒸汽入口408，用於從蒸汽源412向蒸汽入口408提供蒸汽。蒸汽源412可以是例如鍋爐。導管410可以是例如具有約1/4英寸內徑的銅管。排氣閥414連接至蒸汽導管410，用於釋放壓力室內的壓力。氣壓表416連接至蒸汽導管410，用於測量所進入蒸汽的壓力。在一些實施方案中，壓力室主體402可設置加熱元件(未示出)，用於加熱壓力室的壁。此外，蒸汽導管410也可設置加熱元件。所述加熱元件可包括例如纏繞壓力室主體402和/或蒸汽導管的加熱帶。在一些特定實施方案中，加熱帶可以是具有1英寸寬度的120V加熱帶。在其它實施方案中，壓力室可不加熱。例如，壓力室可以是隔熱的，這樣可具有足夠的來自蒸汽和熟石膏的熱量，從而可避免在室壁上冷凝並且不必為壓力室提供外部加熱。在一些實施方案中(未示出)，可在壓力室主體402內部提供溫度傳感器例如熱電偶或溫度計。在一些特定實施方案中，熱電偶可設置於壓力室壁上，並可位於壓力室的中央高度處。
再參照圖3，可向壓力室提供提高溫度(下文稱為初始熟石膏溫度)的熟石膏。在一些實施方案中，提供初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間的熟石膏。更具體而言，在一些實施方案中，可提供初始熟石膏溫度在約120℃和190℃之間的熟石膏。在一些實施方案中，可將直接來自煅燒過程的熟石膏提供給壓力室。在這類實施方案中，可將熟石膏在煅燒過程中加熱至初始熟石膏溫度，並且可無需另外加熱熟石膏。在其它實施方案中，熟石膏可從別處例如儲罐提供。在這類實施方案中，在步驟304中，熟石膏可在提供給壓力室之前進行預熱。在其它實施方案中，可將直接來自儲罐的熟石膏提供給壓力室，並可在蒸汽處理之前將其在壓力室中進行預熱。
熟石膏可以多種形式提供給壓力室。此外，熟石膏可為不純的半水合硫酸鈣，並且可含有殘留石膏成分、可溶的無水硫酸鈣成分、不溶的無水石膏成分及其它殘留化合物中的一種或多種。在一些實施方案中，熟石膏以粉末形式提供，並且被沉積在壓力室中以形成疏鬆填充床。在一些實施方案中，壓力室具有約0.0015立方米和約10立方米之間的容積，並且填裝有熟石膏，從而使所述疏鬆填充床佔約50％和約95％之間的容積，並從而使所述疏鬆散填充床具有約40％和約80％之間的空隙空間。但是，在可替代實施方案中，可使用其它容積、熟石膏量和空隙空間。
在步驟306中，向壓力室中提供蒸汽。可提供蒸汽直至壓力室中達到所需壓力。在一些實施方案中，所需壓力在0.1psig和210psig之間。更具體而言，在一些實施方案中，所需壓力在10psig和200psig之間。在一些特定的實施方案中，對壓力進行選擇從而使在該壓力下蒸汽的露點溫度處於或接近(即+/-5℃範圍內)熟石膏的溫度。例如，如果初始熟石膏溫度為143℃，則壓力可選擇為約40psig，在該壓力下蒸汽的露點溫度為143℃。在其它實施方案中，所述壓力可在熟石膏溫度的蒸汽的露點壓力以上或以下。
可提供較寬溫度範圍內的蒸汽。在一些實施方案中，可提供初始溫度的蒸汽，並且在持續過程中可基本保持於該初始溫度(例如該初始溫度的+/-5℃範圍內)。在其它實施方案中，可提供初始溫度的蒸汽，並且可在壓力室內將其加熱至高於該初始溫度的最終溫度。在任一種情況下，均可提供帶有加熱壁的壓力室，用於保持蒸汽在初始溫度，或用於加熱蒸汽至所述最終溫度。
在其中提供初始溫度的蒸汽並在持續過程中基本保持於該初始溫度的實施方案中，初始溫度可在約100℃和約200℃之間。更具體而言，在一些實施方案中，初始溫度可在約115℃和約195℃之間。在一些實施方案中，可提供蒸汽從而使當達到所需壓力時，蒸汽是過熱的。例如，可提供約143℃溫度的蒸汽，直至壓力室內的壓力達到約22psig。在其它實施方案中，可提供蒸汽從而使當達到所需壓力時，蒸汽是飽和的。例如可提供約143℃溫度的蒸汽，直至壓力室內的壓力達到約40psig。在另外的實施方案中，可提供蒸汽從而使當壓力室內達到所需壓力時，蒸汽處於冷凝條件下。例如，可提供約153℃溫度的蒸汽，直至壓力室內的壓力達到約60psig。
在其它實施方案中，如前所述，可提供初始溫度的蒸汽，並可在壓力室內將其加熱至最終溫度。在一些實施方案中，可提供初始溫度在約100℃和約115℃之間的蒸汽，並可在壓力室內將其加熱至約115℃和約200℃之間的最終溫度。更具體而言，在一些實施方案中，可提供初始溫度為約100℃的蒸汽，並可在壓力室內將其加熱至約115℃和約195℃之間的最終溫度。例如，可提供100℃的蒸汽，並可將壓力室的壁加熱至143℃。因此，當添加蒸汽時，蒸汽的溫度將升向最終溫度143℃。
在任一上述實施方案中，熟石膏的初始溫度、蒸汽的初始和最終溫度，及室壁溫度可能具有多種關係。在一些實施方案中，初始熟石膏溫度和室溫度可高於蒸汽的初始溫度。因此，蒸汽在壓力室內將被加熱至最終溫度。在其它實施方案中，初始熟石膏溫度、初始和最終蒸汽溫度，及室溫度可近似或基本相同。在這類實施方案中，壓力室內的蒸汽溫度可保持恆定。在其它實施方案中，初始蒸汽溫度和室溫度可比初始熟石膏溫度高。在這類實施方案中，當向壓力室內添加蒸汽時，一些蒸汽可在熟石膏上冷凝。
當達到所需壓力時，可停止向壓力室提供蒸汽流，並可在停留時間內保持壓力室內的壓力(步驟308)。在停留時間過程中，可向壓力室提供另外的熱量，例如通過加熱壓力室壁。此外，在停留時間過程中，可向壓力室提供另外的蒸汽。停留時間可根據所需熟石膏性質進行選擇。已發現，可在低達5秒的停留時間內達到熟石膏需水量的減少。但是，當停留時間增加時，需水量的減幅增加。因此，在一些實施方案中，停留時間在5秒和900秒之間。在進一步實施方案中，停留時間在5秒和600秒之間。在一個特定的實施方案中，停留時間為300秒。在可替代實施方案中，停留時間可大於900秒。例如，在製備壁板時，可能需要減少熟石膏的約15％的需水量。因此，根據其它工藝變量，停留時間可在30和約120秒之間。在另一實施例中，在陶瓷工業或地臺沙漿底層(floorscreed)粘合劑用模型製備中，可能需要減少熟石膏的約35％的需水量。因此，根據其它工藝變量，停留時間可為約300秒或更長。
在步驟310中，釋放壓力室內的壓力。可立即將熟石膏從壓力室中除去，或可使其在壓力室內冷卻。整個停留時間過程中，取決於蒸汽、熟石膏和室壁的溫度，一些蒸汽可能會冷凝並被吸附至熟石膏中，如先前所述。已發現，當釋放壓力時，一部分冷凝蒸汽揮發。因此，當熟石膏在60℃以下冷卻時，減少的水量可用於將熟石膏轉化為石膏。
當熟石膏已經冷卻時，可將其貯存和/或用於製備石膏板產品例如纖維板、壁板和地板組合物，或其它產品，例如天花板、地板、外部蓋板(exterior sheathing board)、石膏塊材、吊頂板(ceiling tile)、高強度粉刷石膏、玻璃纖維增強石膏板、陶瓷模型、雕像、模型熟石膏、制模用熟石膏、建築模型、鑄造用熟石膏、工程用熟石膏、吸收性顆粒、礦沉陷用水泥(mine subsidence cement)以及噴漿。為製備石膏板產品，可將經處理的熟石膏與水結合從而形成含水漿體。已發現，根據方法300處理的熟石膏顯示出，同未經處理的熟石膏相比，需水量減少(即形成可澆注漿體需要更少的水)。因此，在一些實施方案中，經處理的熟石膏可與比未經處理的熟石膏所需少約3％和約40％之間的水結合。例如，如果未經處理的熟石膏需要約78ml水每100g熟石膏來形成漿體，則經處理的熟石膏可與小於75ml水每100g熟石膏結合來形成漿體。
與水和多種添加劑混合之後，可將漿體倒入模型中，在紙板之間成型，塗敷於壁表面，或倒在地板上，抽出並噴灑到模型表面或模型內部，並可放置使其固化。已發現，用根據方法300處理的熟石膏製得的漿體顯示出通常與具有更高需水量的熟石膏有關的有益性能。即，用根據方法300處理的熟石膏製得的漿體為流體、能降低乾燥成本、降低分散劑成本、當固化時強度高、能提供良好的鑄造細部、具有低的可溶性鹽水平，並具有長的模型壽命。它們還由於對加速劑的良好響應而在水合曲線中給出較短的固化時間並且不會提早硬化或使最終固化延遲，從而使得製備過程更有效。
實施例 實施例1天然石膏半水合物熟石膏的處理 使用三種天然石膏試樣進行實驗室規模的連續釜煅燒購自USG，Chicago，USA的稱為LP2的低純度試樣、在製備石膏板中所用的稱為HP1的高純度石膏試樣，以及也由USG，Chicago，USA出售的稱為TerraAlba(TA)的高純度極精細研磨的石膏。3個石膏試樣的煅燒溫度分別為160℃、160℃和165℃，所述溫度對應於處理過程中的初始熟石膏溫度。以前的研究表明該釜為目前全世界所用生產釜的一個精確模型。該熟石膏的石膏相分析表明，其純度水平跨越被認為是全世界所通常使用的典型範圍。實驗室釜裝置圖示於圖2中並在以下進行描述。
處理方法使用如圖4中所示壓力容器實施。該壓力容器由其中安裝有一個使蒸汽進入的入口的內徑為3英寸的垂直管、監測內部壓力的壓力表，和一個處理之後釋放壓力的排氣口組成。為使物質能夠流經處理室，在處理室的頂部和底部連接較大的閥，從而可以關閉底部閥，將新鮮的熟石膏通過打開的頂部閥倒入，然後關閉頂部閥以對壓力室進行加壓。處理完成之後，對壓力室進行排氣並打開底部閥以釋放出熟石膏用於試驗。
對處理室進行定位從而使來自釜中的熟石膏能夠直接落入處理裝置頂部閥上方的貯存區域，以保持熟石膏的高溫。此外，通過使用纏繞在不鏽鋼處理室和初始貯存區域周圍的加熱帶，保持整個處理裝置處於高溫。添加熟石膏之前整個室的溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在150℃運行的鍋爐提供。監測該室內壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力不同的時間段以測定40psig和20psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
停留時間0分鐘(即，使該室內達到壓力然後立即釋放)、最多達30分鐘之後進行採樣。
對熟石膏試樣的相組成進行分析，結果如下所示。
經實驗室釜煅燒的天然石膏的處理結果
化學分析表明，相分析只有適量的變化，發現熟石膏中有少量的殘留石膏通過蒸汽處理被轉化為半水合物。此外，當半水合物試樣含有可溶性無水石膏時，則該處理可將所述可溶性無水石膏中的一些而不必全部轉化為半水合物。儘管可溶性無水石膏具有吸收水蒸氣的高親和性，但是處理之後具有一些可溶性無水石膏的試樣仍顯示出需水量的顯著降低。
在所有情況下，處理時間的增加降低了需水量，但殘留石膏含量未相應增加。
實施例2不同的石膏類型 現今北美使用的許多石膏均為通過淨化來自燃煤發電站的含二氧化硫的煙道氣而製得的合成石膏，通常稱為煙道氣脫硫石膏或脫硫石膏。煙道氣脫硫石膏(LDSG)的一個試樣由商業石膏板廠獲得，所述石膏由靠近Sarnia，Ontario的OPG Lambton電站製得。對於實施例1，對通過實驗室連續釜在160℃煅燒溫度下製成的新煅燒熟石膏進行所述處理過程，所述溫度仍舊是與初始熟石膏溫度一致。添加熟石膏之前，該室的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽由在150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定40psig的蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。所述試驗結果展示如下。

新的處理方法對合成石膏作用良好，隨著處理時間的增加而減少了需水量。應再次指出的是，該方法導致可溶性無水石膏成分和剩餘石膏成分的減少，將這兩者都轉化為半水合物。
實施例3處理壓力和處理時間 前述的實施例表明，隨著處理時間的增加，機械混合需水量的減幅相應增加。還在不同壓力下進行了試驗，以測定蒸汽處理的總體壓力對需水量減少的速率和程度是否存在影響。對連續生成的實驗室規模的釜熟石膏以不同的時間和壓力進行處理。結果如下所示。MB指的是對溼度平衡測量結果，將試樣加熱至200℃時發生的以百分比表示的整體重量損失。
對通過實驗室連續釜在180℃和146℃煅燒溫度下製成的新煅燒熟石膏進行所述處理過程，所述溫度依舊與初始熟石膏溫度一致。添加熟石膏之前，該室的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽由在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定40psig和60psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於在180℃製得的熟石膏在該蒸汽溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。對於在146℃製得的熟石膏，所應用47psig以上的蒸汽將代表冷凝條件，並且該蒸汽將在被加熱至約150℃的鍋爐溫度的熟石膏上冷凝。
所應用的蒸汽壓力在整個時間內對機械混合需水量的影響
在對不同類型的煅燒和不同石膏試樣進行試驗的每一種情況中，發現更高的壓力導致更低的需水量，和更長的處理時間導致更低的需水量。
應注意的是，在大多數所述情況下，優選提供的蒸汽壓力與露點溫度對應的壓力一致，所述露點溫度被認為在熟石膏溫度以下(通過煅燒溫度所確定)，以便不會促使蒸汽冷凝進入熟石膏。例如在60psig下，蒸汽在153℃冷凝。因此，在180℃熟石膏溫度下，所處條件表明預期不會發生冷凝。或者，在HP1的最後3個實施例中(146℃熟石膏溫度，處理5、10和20分鐘)，蒸汽冷凝溫度在熟石膏溫度以上。預期這樣將產生水蒸氣冷凝到熟石膏床中的條件；如果將熟石膏冷卻至60℃以下，這將促使半水合物不希望地轉化回石膏。但是，相分析測量結果同不冷凝的情形類似，並且同其它實施例中類似，需水量減少。觀察到自由水分的少量增加。
實施例4不同的煅燒方法 為證明該方法同其它煅燒方法一樣起作用，以與實施例1-3相同的方式處理USG No1模型熟石膏的試樣。該試樣作為同樣可由大規模連續釜生產的典型β熟石膏供應市場。該熟石膏具有的常規機械混合需水量為約70-75ml每100g。通過將該漿體倒入4英寸高、2英寸直徑大小的管中，然後通過將管從桌子上升高使該漿體從管子中流出來測量流動性(常用的板工廠坍落試驗)。在此情況下，以75ml每100g熟石膏測量機械混合漿體試樣的散布。在蒸汽處理之前將熟石膏加熱至150℃，以試圖避免蒸汽處理時蒸汽冷凝到熟石膏中。添加熟石膏之前壓力室的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定40psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於被加熱至150℃的熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
所述試驗結果展示如下。應注意的是，經處理的市售No 1模型熟石膏在處理之後具有更大程度的散布。
對另一煅燒方法也進行了考察，這方法為用實施例1中提及的石膏HP1進行的盤煅燒。在該盤煅燒中，將1kg石膏粉末在一個17英寸×11英寸焙燒盤上散布成薄層並將其放置在140℃的烘箱中達6小時。通過立即將熱的未經處理的盤煅燒物添加到處理室中並按所報導的時間和壓力進行處理而製得經處理的試樣。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定36psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
注意到，當存在大量的可溶性無水石膏時，熟石膏溫度將由於可溶性無水石膏向半水合物的放熱轉化而升高。如果發生所述溫度增加時壓力室密閉，則該室和熟石膏溫度將稍微升高，但僅如由該化學轉化所預期的。
類似地，分批煅燒在實驗室規模的釜裝置中通過在50分鐘內將高純度的HP1石膏添加到經預熱的釜中並保持120℃的溫度進行。使煅燒再持續進行1小時10分鐘。共計2小時之後，釜內的溫度典型地開始快速升高，這表明煅燒循環的結束。隨後，在155℃對釜進行排放。批量製得約9kg的熟石膏。再將由煅燒過程得到的仍然熱的未經處理的批量煅燒物添加到處理室中，並按所述進行處理。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為155℃，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。在53psig蒸汽壓下保持該壓力達5分鐘，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於被加熱至150℃的熟石膏在該蒸汽溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
煅燒方法對處理結果的影響 預期該方法對通過其它常用的製備β半水合物熟石膏的煅燒方法所製得的熟石膏起有利作用。
實施例5對不同熟石膏的分析 不同的煅燒方法生產出不同量的可溶性無水石膏，並且公知在室溫下可溶性無水石膏通過吸收空氣中的水蒸氣而轉化回半水合物。
在該實施例中，在三個不同的煅燒溫度(160℃、180℃和190℃)下進行三種脫硫石膏(LDSG)煅燒，以便增加未經處理的熟石膏中可溶性無水石膏的水平。所述三種熟石膏通過該新方法進行處理，以確定對需水量的總體影響。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段，從而測定40、58和65psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
使用天然石膏HP1重複該煅燒。在該實施例中，在兩個不同的煅燒溫度(155℃和170℃)進行兩種煅燒，以便增加未經處理的熟石膏中可溶性無水石膏的水平。所述兩種熟石膏通過該新方法進行處理，以確定對需水量的總體影響。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段，從而測定58psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
所述研究結果展示如下。
實施例6對加速劑的響應和固化性能 在β半水合物的使用中的一個重要性能是能夠使漿體快速固化。最通常的做法是通過添加精細研磨的石膏作為溶解半水合物的晶種來加速固化時間。也可使用化學加速劑例如硫酸鉀，但在應用中由於其高溶解度和在乾燥過程中遷移到表面的能力而通常會導致其它問題。
經煅燒的石膏的兩個實例在上述實驗室連續釜裝置中使用LDSG和HP1製得。LDSG在175℃煅燒，HP1在155℃煅燒。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內的壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段，從而測定約40-45psig和60psig蒸汽壓力下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
在未進行處理和在多種處理水平下對熟石膏進行取樣。測量添加不同水平的經研磨的石膏加速劑下的固化時間，從而測定經研磨的石膏對加速固化時間的有效程度。所報導的固化時間測量在漿體固化時水合曲線中溫度升高達98％所需時間進行。所有測量在所示混合物需水量下進行。
以下結果表明，同添加了0.3％萘磺酸鹽分散劑(以熟石膏的重量計)的等量的未經處理的試樣相比，經處理試樣的固化時間稍有減少，但是這可通過添加一部分更精細研磨的石膏加速劑進行容易地調節。前述的實施例已表明，該處理方法降低了殘留石膏含量，因此為達到相等的固化時間可能需要添加一些石膏並不出人意料。
還可用典型的α半水合物，購自USG，Chicago USA的Hydrocal進行對比。通過下表中的結果可見，即使添加大量的加速劑，使用α半水合物仍不能達到小於1000秒的固化時間。通過使加速劑加倍，可將固化時間減至1664秒，但是即使添加更多的加速劑也不能再縮短固化時間。
已知將α半水合物研磨成更細小的粒度將有助於降低固化時間，但如從以下結果中可見，即使將Hydrocal球磨3小時，固化時間也僅減至1400秒。
為進一步證明該新處理方法的優點，將具有相同純度和相同的經處理熟石膏需水量的α和β半水合物的混合物的固化性能進行了比較。該比較用不同比率的與LDSG和HP1的混合物進行，以實現與經處理的試樣等量的有效混合需水量。
在一個實施例中，將325g未經處理的HP1β熟石膏(需水量81ml每100g)與75g USG Hydrocal(需水量40ml每100g)混合，得到81％β、19％α的混合物，測得其需水量為73ml每100g。將這些結果與等量的73ml每100g經處理的試樣(140秒，45psig)進行比較，表明所述混合物傾向於更緩慢地固化並且在最大上升速率下的水合百分比也更緩慢。注意到，對於經煅燒的HP1試樣，經處理熟石膏的98％水合時間與未經處理熟石膏的98％水合時間的比率不大於112.5％，而等量需水量和加速劑用量的α/β混合物顯示，該混合物的98％水合時間長達未經處理試樣的120.6％。
在另一實施例中，將160g未經處理的LDSG β熟石膏(需水量88ml每100g)與228g購自Georgia-Pacific，Atlanta，GA，USA的DenscalGypsum B5α熟石膏(需水量40ml每100g)和12g購自All Treat FarmsLtd.，Arthur，Ontario，Canada的「Grow Lime」碳酸鈣進行混合，得到40％β、60％α的混合物，測得其需水量為57ml每100g。添加碳酸鈣以實現相等的整體混合石膏的純度，從而確保經處理的和經混合的混合物具有相等的溫升。經處理的LDSG熟石膏，同添加了4g加速劑的αβ混合物相比，僅需要1g加速劑來達到約1200秒的等效的98％水合時間。為實現所需的最終固化時間，α/β混合物必須更早地開始固化過程，因為其在接近水合結束時具有更緩慢的固化。固化過程中的水合速率可通過獲取溫度升高水合曲線的斜率而進行測量。經處理的熟石膏在最大斜率處的水合％為63.8％，而α/β混合物的僅為49.6％。
實施例7壓縮強度性能 已知，用水噴霧半水合物可降低熟石膏的需水量，雖然這的確導致了半水合物中石膏的產生。還已知，如果在煅燒過程中將半水合物加熱至足夠熱，則石膏中的一些轉化為不溶的無水石膏，這也降低了熟石膏的需水量。雖然需水量的降低是有利的，但是應認識到的是，通過這些方法製得的石膏和無水石膏對於固化熟石膏的整體強度的貢獻無法達到與所剩餘的半水合物相同的程度。之前的有關後煅燒熟石膏處理的專利已論述了該問題並且提出了降低所述處理對所形成的強度的有害影響的方法。降低需水量的最通常方法為使用分散劑，例如濃的萘磺酸鹽，從而使混合物更易流動。已知，這些物質對經乾燥的固化石膏的強度的影響最小。
為了測試該處理對壓縮強度的影響，對由未經處理的TA熟石膏(需水量80ml每100g)製得的2英寸立方體進行測量，所述TA熟石膏的的水-熟石膏比例用市售可得的萘磺酸鹽分散劑Diloflo GS20、一種購自GEO Specialty Chemicals Inc.，Lafayette，IN，USA的40％固體溶液進行調節；並與根據本發明經3分鐘60psig處理的原始需水量為66ml每100g的類似的TA熟石膏進行比較。兩個立方體固化所用的混合需水量為68ml每100g，立方體乾重和壓縮強度示於下表中。
對由在實驗室連續釜中、於165℃煅燒溫度下煅燒天然石膏TA而製得的新煅燒熟石膏進行該處理過程，所述煅燒溫度仍舊代表熟石膏溫度。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定60psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於在165℃製得的熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
另一實施例使用由高純度石膏HP1製得的熟石膏。對由在實驗室連續釜中、於155℃煅燒溫度下煅燒天然石膏HP1而製得的新煅燒熟石膏進行該處理過程，所述煅燒溫度依舊代表熟石膏溫度。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約150℃運行的鍋爐提供。監測該室內壓力並添加蒸汽直至達到目標壓力，根據需要進行補充以保持該壓力。保持該壓力達不同的時間段以測定60psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於在155℃製得的熟石膏在該溫度以上，因此蒸汽過熱至熟石膏溫度。
該HP1熟石膏具有的未經處理的需水量為83ml每100g，但是可再次在立方體混合物中使用，其中水-熟石膏比例使用市售可得的萘磺酸鹽分散劑Disal GPS、一種購自Handy Chemicals Ltd.，Candiac，Quebec，Canada的固體粉末進行調節。標記為HP1的經處理的比較用試樣為38％的需水量為83ml每100g的未經處理試樣和62％的需水量為63ml每100g的經3分鐘60psig處理試樣的混合物。兩個立方體的需水量類似，為68ml每100g。
在兩個比較中，稍微改變經處理情況下的加速劑的量，從而包括更多的加速劑以使固化時間對強度的影響正規化。

從這些結果可以看到，通過使用該處理方法對立方體強度沒有影響。
實施例8用中試設備進行工廠條件下試用 使用成套的15英尺直徑的連續生產釜進行工廠條件下試用來製備未經處理的熟石膏。
將從釜中輸出的代表性熟石膏流使用隔熱的6英寸直徑、以30RPM旋轉的螺杆輸送系統由正常的生產過程移出，以送料試驗規模的20kg容量的處理室。在進入處理室之前所測量的熟石膏溫度為139℃-144℃，這表明已發生最小量的冷卻。試驗規模的處理室設計成類似於所述的試驗室規模的裝置，具有2個半球體、充氣式密封、球閥和圓筒狀室的頂部和底部，該圓筒狀室在頂閥打開並且底閥關閉時，使輸入的未經處理的熟石膏試樣從頂部進入該室。在處理循環中，兩個閥均關閉並由工業鍋爐向該室內添加蒸汽，所述蒸汽對於測量處理停留時間的最大蒸汽壓為65psig。在該體系中，在鍋爐和輸入處理室的蒸汽供應端之間加一個壓力調節器來精確控制所施加的蒸汽壓力。所述室還配備有一個填充液面指示器(fill level indicator)用以指示該室內熟石膏的滿負載量，從而維持從一個處理到下一個處理的熟石膏的可再生產的體積。試驗結果包括在下文中。
所用的石膏原料與實施例1中所述的HP1天然石膏相同。釜煅燒溫度為147℃，以30公噸每小時的典型連續熟石膏生產速率下運行。在極接近於上述煅燒溫度的溫度下使用新制的熟石膏。添加熟石膏之前該室內的總體溫度約為煅燒溫度，從而確保熟石膏不被壓力室冷卻。蒸汽通過在約160℃運行的40HP鍋爐提供，所述鍋爐帶有一個壓力調節器以提供所需蒸汽壓力。監測該室內壓力並通過調節器添加可由鍋爐得到的蒸汽。保持該壓力達不同的時間段以測定28psig、約40psig和約60psig蒸汽壓下處理時間對試驗的影響，所述壓力確定了假定飽和蒸汽條件下該室內的最小蒸汽溫度。由於熟石膏在147℃製得，然後在28psig和40psig下進行處理，這導致熟石膏溫度在蒸汽溫度以上，並且蒸汽將過熱至熟石膏溫度。但是，在約60psig進行的處理將導致熟石膏被蒸汽加熱至約153℃，並且一些蒸汽發生冷凝進入熟石膏。
同實施例1和3的實驗室結果類似，隨著所應用處理方法程度的增加(壓力或處理時間)，初始未經處理的熟石膏的需水量減少。在大多數情況下觀察到可溶性無水石膏含量和剩餘石膏含量降低的趨勢。
權利要求書(按照條約第19條的修改)
1.一種處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.使β半水合硫酸鈣暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中。
2.權利要求1的方法，其中步驟a)包括
i.向壓力室中提供β半水合硫酸鈣；和
ii.向壓力室中提供蒸汽以達到所述壓力。
3.權利要求2的方法，還包括
iii.保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達至少5秒的停留時間。
4.權利要求3的方法，其中向壓力室中提供初始熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣，並向該壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽，並且該方法還包括
iv.選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在所述方法過程中使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
5.權利要求4的方法，還包括
v.釋放壓力並將β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下的溫度；
其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇從而在步驟v)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
6.權利要求4的方法，其中初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
7.權利要求4的方法，其中初始熟石膏溫度在120℃和190℃之間，初始蒸汽溫度在115℃和195℃之間，壓力在10psig和200psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
8.權利要求4的方法，其中將壓力室加熱至室溫度，並將壓力室內的蒸氣加熱至高於初始溫度的最終溫度，該方法還包括選擇所述室溫度從而在所述方法過程中使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
9.權利要求8的方法，其中所述室溫度在115℃和200℃之間，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
10.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始蒸汽溫度在露點溫度+/-5℃之內的蒸汽。
11.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始溫度小於所述露點溫度的蒸汽，並將該蒸汽在壓力室內加熱至所述露點溫度+/-5℃之內的最終蒸汽溫度。
12.權利要求2的方法，其中提供初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間的蒸汽。
13.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供處於露點溫度+/-5℃之內的熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣。
14.權利要求1的方法，其中所述壓力在0.1psig和210psig之間。
15.權利要求1的方法，其中所述壓力在10psig和200psig之間。
16.權利要求3的方法，其中所述停留時間在5秒和900秒之間。
17.權利要求3的方法，其中所述停留時間在5秒和600秒之間。
18.權利要求4的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。
19.權利要求4的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
20.權利要求3的方法，其中在步驟iii)期間，向壓力室內提供額外蒸汽。
21.權利要求3的方法，其中在步驟i)至iii)期間，加熱所述壓力室。
22.權利要求4的方法，還包括選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在所述方法過程中使β半水合硫酸鈣的固化時間增加不多於15％。
23.一種使用權利要求1方法的產品的方法，包括將半水合硫酸鈣與水混合以形成一種可澆注漿體。
24.權利要求23的方法，其中將10重量份的半水合硫酸鈣與小於7.5重量份的水混合以形成可澆注漿體。
25.一種由權利要求1的方法製備的半水合硫酸鈣。
26.一種由權利要求1的方法製備的石膏板產品。
27.一種含由權利要求1的方法製備的半水合硫酸鈣的含水漿體。
28.一種用於處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.向壓力室中提供一定量的初始熟石膏溫度的β硫酸鈣；和
b.向壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽，從而使壓力室內達到大氣壓以上的壓力；
其中選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力，從而在步驟a)和b)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
29.權利要求28的方法，還包括
c.保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達停留時間。
30.權利要求29的方法，還包括
d.釋放壓力並將β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下；
其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力進一步選擇，從而在步驟d)期間使小於2％的β硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
31.權利要求29的方法，其中初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
32.權利要求29的方法，其中加熱所述壓力室，並加熱壓力室內的蒸汽至高於初始蒸汽溫度的最終蒸汽溫度。
33.權利要求32的方法，其中初始熟石膏溫度在100℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
34.權利要求29的方法，其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。
35.權利要求29的方法，其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
36.一種由權利要求28的方法製備的半水合硫酸鈣。
37.一種由權利要求28的方法製備的石膏板產品。
38.一種含由權利要求28的方法製備的半水合硫酸鈣的含水漿體。
39.一種處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.向壓力室中提供一定量的溫度在120℃和190℃之間的β硫酸鈣；
b.向壓力室中提供溫度在115℃和195℃之間的蒸汽，從而使壓力室內達到10psig和200psig之間的壓力；和
c.保持壓力室內的壓力在10psig和200psig之間達5秒和900秒之間。
40.一種由權利要求39的方法製備的半水合硫酸鈣。
41.一種由權利要求39的方法製備的石膏板產品。
42.一種含由權利要求39的方法製備的半水合硫酸鈣的含水漿體。
43.一種製備石膏產品的方法，包括
a.使β半水合硫酸鈣暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中；
b.暴露之後，將經暴露的半水合硫酸鈣與水混合從而形成一種可澆注漿體；
c.將所述可澆注漿體塗敷至至少一個表面上；
d.使所述可澆注漿體固化從而形成一種固化漿體；和
e.乾燥所述固化漿體從而形成石膏產品。
44.權利要求43的方法，其中步驟c)包括以下操作中的至少一種將所述漿體倒入模型中、將漿體放置在板之間、將漿體倒在地板上以及抽出和噴灑該漿體。
45.權利要求43的方法，其中步驟b)包括將10重量份經暴露的半水合硫酸鈣與小於7.5重量份的水混合。
46.權利要求43的方法，其中所述石膏產品選自纖維板、壁板、地板組合物、天花板、地板、外部蓋板、石膏塊材、吊頂板、高強度粉刷石膏、玻璃纖維增強石膏板、陶瓷模型、雕像、模型熟石膏、制模用熟石膏、建築模型、鑄造用熟石膏、工程用熟石膏、吸收性顆粒、礦沉陷用水泥以及噴漿。
47.權利要求43的方法，其中步驟a)包括
i.向壓力室中提供β半水合硫酸鈣；和
ii.向壓力室中提供蒸汽以達到所述壓力。
48.權利要求47的方法，還包括
iii.保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達至少5秒的停留時間。
49.權利要求48的方法，其中向壓力室中提供初始熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣，並向該壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽，並且該方法還包括
iv.選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在步驟a)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
50.權利要求49的方法，還包括
v.釋放壓力並將β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下的溫度；
其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在步驟v)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
51.權利要求49的方法，其中初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
52.權利要求49的方法，其中初始熟石膏溫度在120℃和190℃之間，初始蒸汽溫度在115℃和195℃之間，壓力在10psig和200psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
53.權利要求49的方法，其中將壓力室加熱至室溫度，並將壓力室內的蒸汽加熱至高於初始溫度的最終溫度，該方法還包括選擇所述室溫度從而在步驟a期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
54.權利要求53的方法，其中所述室溫度在115℃和200℃之間，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
55.權利要求47的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始蒸氣溫度在露點溫度+/-5℃之內的蒸汽。
56.權利要求47的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始溫度小於所述露點溫度的蒸汽，並將該蒸汽在壓力室內加熱至所述露點溫度+/-5℃之內的最終蒸汽溫度。
57.權利要求47的方法，其中提供初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間的蒸汽。
58.權利要求47的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向所述壓力室中提供處於露點溫度+/-5℃之內的熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣。
59.權利要求43的方法，其中所述壓力在0.1psig和210psig之間。
60.權利要求43的方法，其中所述壓力在10psig和200psig之間。
61.權利要求48的方法，其中所述停留時間在5秒和900秒之間。
62.權利要求48的方法，其中所述停留時間在5秒和600秒之間。
63.權利要求49的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在步驟a期間減少β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。
64.權利要求49的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在步驟a期間減少β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
65.權利要求48的方法，其中在步驟iii)期間，向壓力室內提供額外蒸汽。
66.權利要求48的方法，其中在步驟i)至iii)期間，加熱壓力室。
67.權利要求49的方法，還包括選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在步驟a期間使β半水合硫酸鈣的固化時間增加不多於15％。
68.一種製備石膏產品的方法，包括
a.根據權利要求1-24中任一項的方法使β半水合硫酸鈣暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中；
b.暴露之後，將經暴露的半水合硫酸鈣與水混合從而形成一種可澆注漿體；
c.將所述可澆注漿體塗敷至至少一個表面上；
d.使所述可澆注漿體固化從而形成一種固化漿體；和
e.乾燥所述固化漿體從而形成石膏產品。
權利要求
1.一種處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.使β半水合硫酸鈣暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中。
2.權利要求1的方法，其中步驟a)包括
i.向壓力室中提供β半水合硫酸鈣；和
ii.向壓力室中提供蒸汽以達到所述壓力。
3.權利要求2的方法，還包括
iii.保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達至少5秒的停留時間。
4.權利要求3的方法，其中向壓力室中提供初始熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣，並向該壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽，並且該方法還包括
iv.選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在所述方法過程中使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
5.權利要求4的方法，還包括
v.釋放壓力並將β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下的溫度；
其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇從而在步驟v)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
6.權利要求4的方法，其中初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
7.權利要求4的方法，其中初始熟石膏溫度在120℃和190℃之間，初始蒸汽溫度在115℃和195℃之間，壓力在10psig和200psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
8.權利要求4的方法，其中將壓力室加熱至室溫度，並將壓力室內的蒸氣加熱至高於初始溫度的最終溫度，該方法還包括選擇所述室溫度從而在所述方法過程中使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
9.權利要求8的方法，其中所述室溫度在115℃和200℃之間，初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
10.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始蒸汽溫度在露點溫度+/-5℃之內的蒸汽。
11.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供初始溫度小於所述露點溫度的蒸汽，並將該蒸汽在壓力室內加熱至所述露點溫度+/-5℃之內的最終蒸汽溫度。
12.權利要求2的方法，其中提供初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間的蒸汽。
13.權利要求2的方法，其中所述蒸汽具有所述壓力下的露點溫度，並且向壓力室中提供處於露點溫度+/-5℃之內的熟石膏溫度的β半水合硫酸鈣。
14.權利要求1的方法，其中所述壓力在0.1psig和210psig之間。
15.權利要求1的方法，其中所述壓力在10psig和200psig之間。
16.權利要求3的方法，其中所述停留時間在5秒和900秒之間。
17.權利要求3的方法，其中所述停留時間在5秒和600秒之間。
18.權利要求4的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。
19.權利要求4的方法，其中對所述初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
20.權利要求3的方法，其中在步驟iii)期間，向壓力室內提供額外蒸汽。
21.權利要求3的方法，其中在步驟i)至iii)期間，加熱所述壓力室。
22.權利要求4的方法，還包括選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間，從而在所述方法過程中使β半水合硫酸鈣的固化時間增加不多於15％。
23.一種使用權利要求1方法的產品的方法，包括將半水合硫酸鈣與水混合以形成一種可澆注漿體。
24.權利要求23的方法，其中將10重量份的半水合硫酸鈣與小於7.5重量份的水混合以形成可澆注漿體。
25.一種由權利要求1的方法製備的產品。
26.一種由權利要求1的方法製備的石膏板產品。
27.一種由權利要求1的方法製備的熟石膏。
28.一種用於處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.向壓力室中提供一定量的初始熟石膏溫度的β硫酸鈣；和
b.向壓力室中提供初始蒸汽溫度的蒸汽，從而使壓力室內達到大氣壓以上的壓力；
其中選擇初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力，從而在步驟a)和b)期間使小於2％的β半水合硫酸鈣轉化為無水硫酸鈣，並且β半水合硫酸鈣的需水量減少至少3％。
29.權利要求28的方法，還包括
c.保持壓力室內的壓力在大氣壓以上達停留時間。
30.權利要求29的方法，還包括
d.釋放壓力並將β半水合硫酸鈣冷卻至60℃以下；
其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度和壓力進一步選擇，從而在步驟d)期間使小於2％的β硫酸鈣轉化為二水合硫酸鈣。
31.權利要求29的方法，其中初始熟石膏溫度在60℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
32.權利要求29的方法，其中加熱所述壓力室，並加熱壓力室內的蒸汽至高於初始蒸汽溫度的最終蒸汽溫度。
33.權利要求32的方法，其中初始熟石膏溫度在100℃和200℃之間，初始蒸汽溫度在100℃和115℃之間，最終蒸汽溫度在115℃和200℃之間，壓力在0.1psig和210psig之間，並且停留時間在5秒和900秒之間。
34.權利要求29的方法，其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中的殘留石膏含量。
35.權利要求29的方法，其中對初始熟石膏溫度、初始蒸汽溫度、壓力和停留時間進一步選擇，從而在所述方法過程中減少β半水合硫酸鈣中可溶性無水石膏的含量。
36.一種由權利要求28的方法製備的產品。
37.一種由權利要求28的方法製備的石膏板產品。
38.一種由權利要求28的方法製備的熟石膏。
39.一種處理β半水合硫酸鈣的方法，包括
a.向壓力室中提供一定量的溫度在120℃和190℃之間的β硫酸鈣；
b.向壓力室中提供溫度在115℃和195℃之間的蒸汽，從而使壓力室內達到10psig和200psig之間的壓力；和
c.保持壓力室內的壓力在10psig和200psig之間達5秒和900秒之間。
40.一種由權利要求39的方法製備的產品。
41.一種由權利要求39的方法製備的石膏板產品。
42.一種由權利要求39的方法製備的熟石膏。
全文摘要
公開了處理β半水合硫酸鈣的方法。該方法包括使β半水合硫酸鈣暴露於大氣壓以上的壓力的蒸汽中。
文檔編號C04B40/00GK101563303SQ200780047210
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月17日 優先權日2006年12月20日
發明者R·B·布魯斯, M·R·弗魯米阿尼, C·E·布魯 申請人:Nugyp公司