任何一个化学反应的速度都与温度密切相关,菱镁反应也不例外。气温降低,菱镁生产的周期随之延长。实践经验告诉我们,生产温度在10~15℃之间时,菱镁制品正常脱模时间在48小时左右;5~10℃之间,正常脱模时间在72小时左右:5℃以下,氧化镁与卤水基本不发生反应,料浆放置一个星期也不会凝固。
以往到了冬季,部分还在坚持生产的厂家一般采用额外加热的方法维持温度,如生炉子、土暖气、地热管、火炕等,条件好的搞个阳光棚。这些办法缺点较多:一者升温有限,二者随着能源产品价格上涨,成本不低。所以很多生产厂家迫切需要一种在低温生产条件下,可以提高菱镁制品早期强度,实现提前脱模的添加剂。
在这里,主要谈谈促凝剂的发展及作用原理。首先谈一下水泥早强剂的相关情况。水泥早强剂种类较多,技术也相对成熟。主要分为无机类、有机类、复合早强剂三种。无机类常用的有氯化钠、硫酸钠、无水石膏、氯化铁、碳酸盐、硝酸盐等;有机类常用的有甲醇、三乙醇胺、尿素等;复合类早强剂主要由上述两大类早强剂组合而成。不少客户认为菱镁材料中加入水泥早强剂可以实现促凝,这种认识是错误的。因为普通硅酸盐水泥与氯氧镁水泥(菱镁)的固化机理是不同的。关于硅酸盐水泥的固化机理,大家可以参考相关资料,在此不再赘述。在这里主要讲讲菱镁水泥的固化过程,主要由三个可逆反应组成。
氧化镁与卤水混合后,首先进行的是氧化镁的水化反应:
MgO H2O === Mg(OH)2 ① (可逆反应,存在电离平衡)
然后生成的Mg(OH)2在卤水中发生电离:
Mg(OH)2 === Mg 2OH ② (可逆反应,存在电离平衡)
最后溶液中的Mg、Cl、OH、H2O共同反应生成518晶相:
Mg Cl OH H2O === 5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O ③ (可逆反应,存在电离平衡)
由上述反应过程可以看出,如果想提高518晶相(反应③)的形成速率,可以采取如下两种措施:
⑴ 加快氧化镁的水化反应,即从反应①着手。MgO水化速率加快,Mg(OH)2增加,从而促进反应②Mg(OH)2电离的进行,进而提高反应③的速率。
⑵直接从反应③入手,即通过提高反应体系中Mg或Cl浓度提高③的反应速率。
第一种措施,加快氧化镁的水化反应,可以采取的办法有额外热源加热(传统做法)或加入发热剂。最早我们的GX-0#低温早强促凝剂就是一种发热剂。作用原理为:0#加入料浆以后,迅速发热,激发早期反应的进行。大家知道,菱镁的固化过程是一个放热过程。反应一旦激发,不断放出热量,从而形成一个良性循环,使反应不断进行直至结束。在这个意义上讲,早期的0#可以说是菱镁反应的一个引子,一个导火索。
第二种措施,提高溶液中的Mg 或 Cl浓度,可以采取的办法有提高卤水的波美度从而提高反应体系中Cl;加入MgSO4提高反应体系中的Mg浓度。但是卤水浓度过高,产品容易返卤,MgSO等镁盐会引入大量杂质离子。在这种情况下,我们另辟蹊径,通过化学反应提高体系中的Mg的供应量。
最新的低温促凝剂,主要成分是一种高效鳌合剂,可以与Mg发生络合反应。通过加快Mg(OH)2的电离,加快MgO的水化,从而加快518晶相的形成。加入GX-0#促凝剂以后,整个反应有四个过程组成:
氧化镁与卤水混合后,首先进行氧化镁的水化反应:
MgO H2O ===Mg(OH)2 ① (可逆反应,存在电离平衡)
然后生成的Mg(OH)2在卤水中发生电离:
Mg(OH)2 === Mg 2OH ② (可逆反应,存在电离平衡)
然后GX-0#促凝剂与溶液中的Mg发生络合:
Mg GX-0 === Mg-GX-0 ③
最后溶液中的Mg-GX-0、Cl、OH、H2O共同反应生成518晶相:
6Mg-GX-0 2Cl 10 OH 8H2O === 5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O GX-0 ④
上述反应过程可以看出,低温促凝剂本身并不参与晶体的组成,只是参与了一个可以循环的络合反应,提高了溶液中Mg浓度,加快了反应的进程。同时由于加入促凝剂,早期晶相形成较好,所以产品的后期强度也有所提高(30%左右)。