칼슘 설페이트 반수화물 처리 공정

칼슘 설페이트 반수화물 처리 공정 {CALCIUM SULFATE HEMIHYDRATE TREATMENT PROCESS}

본 발명은 베타 칼슘 설페이트 반수화물(beta calcium sulfate hemihydrate)을 처리하는 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량(water demand)을 감소시키는 소성후(post-calcination) 공정에 관한 것이다.

석고(gypsum)는 화학식 CaSO ₄ ·2H ₂ O의 황산칼슘 이수화물(calcium sulfate dihydrate, DH)이다. 석고는 전세계에 분포하고 있으며, 수세기 동안 주로 건축산업에서 구조 및 장식의 목적으로 사용되어 왔다. 최근에는 합성 석고가 화학공정 또는 석탄발전소 배출가스인 이산화황의 탈황공정의 부산물로서 이용될 수 있게 되었다. 석고 사용의 주된 상업적 가치는, 하기와 반응식과 같이 소성이라 불리는 가열공정에서 석고 결정에 결합된 수분의 3/4를 잃을 수 있는 것에서 비롯된다.

CaSO ₄ ·2H ₂ O + heat → CaSO ₄ ·½H ₂ O + 1½H ₂ O

[석고] [칼슘 설페이트 반수화물 또는 파리 석고(plaster of Paris)]

더 높은 온도에서 가열하게 되면, 반수화물은 남아있는 수분을 잃어, 반수화 물과 유사한 결정형 구조를 가지고, 공기중의 수증기를 흡수하여 반수화물로 쉽게 재전이되는 가용성 무수화물 또는 무수화물 Ⅲ(anhydrite Ⅲ, AⅢ)을 형성한다. 고습도에 반수화물을 노출시키면 가용성 무수화물이 반수화물로 전이될 뿐만 아니라, 서서히 반수화물이 석고로 전이되고, 전체적인 반수화물 플라스터(plaster)의 반응성이 감소되는데, 이를 일반적으로 플라스터의 노화(aging)라고 한다. 더 가열하게 되면 반수화물 또는 수용성 무수화물이 불용성 무수화물 형태(Anhydride Ⅱ)로 전이된다.

반수화물 [HH] 형태가 상온에서 슬러리(slurry)를 형성하기 위하여 물과 혼합되면, 이 과정에서 반수화물은 물에 용해되어 고체화되면서 석고로서 재결정된다. 반수화물은 물에 용해되고 석고는 침전되므로, 상온에서 반수화물은 석고보다 물에 더 잘 녹는다. 순수 성분 [100% 순수 석고]으로는, 100 g의 반수화물을 석고로 전이시키는데 단지 물 18.6 ml가 필요하다.

석고에서 파리석고(plaster of Paris)로의 탈수 또는 소성공정을 설명하는 다양한 방법 및 이러한 다른 공정에 의하여 제조된 다른 형태의 반수화물이 있다. 가장 주로 생산되는 칼슘 설페이트 반수화물은 "베타(beta)" 형태이며, 이는 빠르게 경화된 반수화물 물질을 제공하기 위하여, 석고가 미세하게 분쇄된 후 일반적인 공기조건에서 높은 온도로 소성된 것이다. 다른 일반적인 형태는 "알파(alpha)"라고 불리는데, 이는 탈수공정이 대기압보다 높은 압력 조건에서 수행된 것이다. 알 파 및 베타 형태의 반수화물의 주된 차이점 중에 하나는, 유동성 슬러리로 만들기 위해 분말 반수화물과 혼합되는데 필요한 물의 양(물 요구량; water demand)이다. 반수화물과 물을 격렬하게 혼합한 후에, 전형적인 베타 반수화물 플라스터는 유동성 슬러리가 되기 위하여 플라스터 100 g당 75-100 ml의 물이 요구된다. 반면에, 전형적인 알파 반수화물은 유동성 슬러리가 되기 위하여, 플라스터 100 g당 단지 28 내지 45 ml의 물이 요구된다. 과학적 문헌에서 알파 및 베타 반수화물의 차이 및 특히 반수화물과 CaSO ₄ 당 0.67 또는 0.8 몰의 물을 가지는 형태의 차이점에 대하여 많은 검토가 있어 왔다. 그러나, 모든 실용적 목적에 관하여는, 이러한 모든 형태는 실질적으로 같은 결정구조를 가지는 것 같다. 반수화물과 더 수화된 형태의 차이점은, 결정학적으로 C 축에 평행한 오픈 채널(open channel)에서 발견되는 더 많은 물 분자인 것 같다. 비록, 알파 및 베타 반수화물의 분말 회절 패턴 사이에 다소 작은 차이점이 있는 것 같지만, 가장 최근의 생각은, 베타 반수화물은 알파 반수화물 반수석고(bassanite) 구조의 단순히 좀 더 비틀리고 불규칙적인 형태라는 것이다.

이론에 제한 없이, 이러한 알파 및 베타 반수화물의 물 요구량의 차이점은, 반수화물의 제조에 사용되는 소성 공정에 의한 물리적 및 화학적 효과의 조합에 의해 유발되는 것으로 믿어진다. 베타 반수화물 소성에 의하여, 물과 섞이면 더 고운 입자로 부서지게 되는 비틀리고 불규칙한 반수화물 입자로 된다. 이러한 고운 입자 의 내부 표면은 종종 높게 대전되어, 물과 섞이면 이러한 입자를 둘러싼 구조화 이중 이온 층(structured double ion layer)이 된다. 그러나, 알파 반수화물 입자는 곱게 분쇄된다고 하더라도 이러한 고운 입자로 붕괴되지 않으며, 일반적으로 표면 에너지가 더 낮게 되어, 높은 응력(shear force)에 노출된 뒤에도, 유동성 혼합물을 만드는데 요구되는 더 적은 물이 요구된다. 수성 반수화물(aqueous hemihydrate) 혼합물의 유동학적 성질은, 물과 혼합된 후의 반수화물 입자의 표면 화학(surface chemistry) 및 크기와 모양에 의존한다.

베타 플라스터는 가벼운 질량과 빠른 경화 제품이 필요한 곳에 사용되는 반면, 알파 제품은 높은 강도 및/또는 경화 플라스터의 캐스팅에서 우수한 디테일(detail)을 가지는 것이 보다 중요한 곳에 사용된다.

알파 반수화물이 사용되든, 또는 베타 반수화물이 사용되든, 수화를 위하여 화학적으로 요구되는 물이, 분말을 유동성 슬러리로 만드는데 첨가되는 물보다 더 많이 요구된다. 대부분의 경우, 이러한 여분의 물은, 매우 에너지 집중적이고 비용이 많이 드는 건조 공정에 의하여 제거되어야만 한다. 그 결과, 건조 공정의 비용을 낮추는 경우에는, 낮은 물 요구량의 플라스터를 사용하는 것이 이점이 있다. 이는 베타 반수화물 플라스터가 사용되는 경우 특히 그러한데, 왜냐하면 반수화물을 석고로 수화하는데 필요한 물보다 훨씬 많은 물이 플라스터와 혼합되기 때문이다. 예를 들어, 빠른 경화 베타 플라스터로 만들어진 전형적인 ½인치(12.5 mm) 두께 석고보드는 보드의 1 제곱미터당 약 3.6 내지 4 kg의 물을 건조시켜야 하는 반면, 알파 반수화물로 만들어지는 경우에는 단지 이러한 물의 양의 반 정도를 건조시키면 된다. 그러나, 낮은 물 요구량 알파 플라스터는 어떤 응용에서는 사용할 수 없도록 하는 다른 경화 특성을 가지고 있다. 이러한 알파 반수화물의 경화 특성은 너무나 느려서, 현대 석고 보드 라인에서는 상업적으로 실용화 될 수 없다.

현탁(suspension)에서 반수화물 입자의 표면 특성을 변경시켜서 유동성 혼합물을 만드는데 필요한 물의 양을 감소시키기는 분산제와 같은 화학물질 [나프탈렌 설포네이드(naphthalene sulfonates [NS]), 리그닌 설포네이트(lignin sulfonates), 멜라민 잔기(melamine resins) 등등]을 사용하여, 이러한 건조기의 증발 작업량을 감소시키기 위한 노력이 있어왔다. 이러한 화학물질은 상당히 비싸고, 대부분의 경우 물 요구량은 15% 이하로만 부분적으로 감소될 수 있어 효율이 제한적이다. 또한 이러한 화합물들은 석고 및 시멘트 산업에서, 종종 물 감소제(water reducing agents) 또는 유동화제(superplasticizer)로 불린다.

낮은 물 요구량 알파 플라스터를 만드는 두 가지 일반적인 상업적 방법이 있다. 하나는 덩어리(lump) 석고석이 폐쇄된 관에서 라이브 스팀(live steam)에 의하여 높은 온도와 압력에서 소성되는 "건조"공정이고, 다른 하나는 석고가 물에서 슬러리되고 슬러리 상태에서 높은 온도와 압력에서 소성되어, 사용 전에 필터되고 건조되는 것이 필요한 반수화물이 되는 "습식"공정이다. 건조공정과 습식공정 모두 출발물질은 석고라는 것을 유의하여야 한다. 전자의 경우는 덩어리 형태이고 후자의 경우는 오토클레이브(autoclave)에서 물에 현탁된 미세하게 분리된 석고 분말이다.

베타 플라스터를 만들기 위한 여러 가지 다른 방법이 있으며, 예를 들면 오븐에서의 간단한 오픈 트레이(open tray), 회전 건조장(rotary kiln), 도면 2에 기재된 바와 같은 뱃치(batch) 또는 연속 모드로 작동되는 일반적으로 사용되는 소성로(kettel) 공정, 또는 플래쉬 소정 기술(flash calcined techniques)이며, 여기서 석고는 석고에 결합된 크리스탈 수분을 제거하기 위하여 짧은 시간동안 높은 온도 가스에 노출된다. 이러한 다양한 공정에 의한 플라스터 특성은 서로 상당히 다를 수 있는데, 이는 사용되는 소성 장비에 의한 것일 뿐만 아니라, 소성 동안 실행되는 공정의 변수에 의한 것이기도 한다. 일반적으로, 그러나 모든 조건하에시도 이러한 모든 공정에서는 알파 반수화물 공정에 의한 것보다 더 많은 물 요구량을 가지는 반수화물 플라스터가 된다.

알파 또는 베타 플라스터를 제조하는 이상적인 소성은 석고를 반수화물로 완전한 전이하는 것이다. 실제로, 그러나 실제로는, 잔여 비소성 석고, 용해성 무수화물, 불용성 무수화물, 또는 아마도 산화칼슘까지 다른 종류가 제조된다.

플라스터가 과소성 되어 불용성 무수화물이 제조되면, 제조된 플라스터의 유 동성 물 요구량이 감소될 수 있다는 것이 산업적으로 잘 알려져 있다. 이는 석고의 일부가 불활성 무수화물 형태로 전이되어, 혼합시 반수화물의 침전을 방해하는 반수화물에 대한 표면 처리 역할을 할 뿐만 아니라 더 이상 경화에 사용될 수 없기 때문이기도 한다. 이러한 과정은 제조된 슬러리의 경화특성을 제한한다는 것과 경화 슬러리의 강도 발현 특성을 감소시킨다는 단점이 있다.

유사하게, 물 요구량을 감소시키기 위하여 앞서 설명한 자연 노화 공정과 유사한 방식으로 베타 플라스터에 적용되는 다른 처리 공정이 있다. 미국특허 3,898,316 (Flood)는 아리디제이션(aridization) 공정을 기재하고 있으며, 이는 물 요구량을 감소시키기 위하여 수용성 염을 연속 소성에 첨가하는 것이다. 미국특허 3,415,910 (Kinkade)는 두 단계 공정을 기재하고 있으며, 이는 낮은 물 요구량의 플라스터를 제공하깅 위하여 석고를 반수화물로 소성한 후 소성로 내에서 한번 더 재습식 및 가열하는 것이다. 미국 특허 4,533,528 (Zaskalicky)는 소성로 첨가시 습식된 석고의 결과로 낮은 물 요구량의 베타 플라스터를 제공하는, 습식 합성 또는 화학 부산물 석고의 연속 소성을 기재하고 있다. 미국 특허 4,238,445 (Stone) 및 미국 특허 4,201,595 (O'Neill) 모두, 비록, 경화시 강도를 발현하는 이러한 플라스터의 능력에 다소 중요한 감소가 있다고 하더라도, 플라스터는 적은 양의 물과 처리되고, 감소된 물 요구량 플라스터를 제조하기 위하여 분쇄되는 공정을 기재하고 있다. 게다가, 이러한 공정의 플라스터가 즉시 사용되지 않는 경우에는, 플라스터가 예측할 수 없는 경화 특성을 가지지 않도록 건조되어야 할 필요가 있다. 미국 특허 4,360,386 (Bounini) 는 낮은 물 요구량 플라스터를 제공하기 위하여, 분쇄되는 동안 플라스터가 용해제의 수용액과 함께 분사되는 공정이 기재되어 있다. 더욱 최근에는, 미국 특허 공개번호 2005/0152827 (Bold)는 베타 플라스터를 물 및/또는 75 내지 99℃의 스팀과 함께 처리하고 소성 및 건조하는 것을 수반하는 다중 공정을 기재하고 있다. 일반적으로 물 분사/양생/건조 공정은 잔류 석고 함량을 증가시켜, 처리된 플라스터는 3-7%의 이수화물을 가지게 된다.

이러한 공정에 의하여 15-30% 정도의 물 요구량을 감소시키는 것이 가능하나, 촉진된 노화 공정은 하나의 형태 또는 다른 형태를 충족하기에는 비용이 많이 든다. 아리디제이션(aridization) 공정의 경우에는, 수용성 염을 플라스터에 추가하는 것이 필수적이나, 석고보드에서는 이의 사용이 제한되고 플라스터 응용장비와 부식문제를 일으킨다. 보습, 양생, 및 건조 방법이 근본적으로 다른 몇 가지 처리방법이 있다. 일반적으로, 이러한 공정들은 생산 효율이 제한되고 상당한 자본 투자를 필요로 한다. 게다가, Bold에 기재된 바와 같이, 두 가지 주된 문제는, 장비에서의 축적 또는 스케일링(scaling)뿐만 아니라, 플라스터 슬러리에서 결정핵으로 행동하는, 의도하지 않은 이수화물을 만드는 재수화이다. 이수화물의 형성은 경화 혼합물의 초기 경화를 초래할 수 있고, 더군다나 노화 플라스터는 천천히 녹아서 오래 지여된 최종 경화를 초래한다. 이러한 슬러리의 형태의 전체적인 경화 특성은 빠른 제조 공정에서의 사용을 어렵게 한다. 이러한 문제들의 결과로, 베타 플라스터의 전-소성 처리는 응용, 특히 석고 보드의 생산에서 제한된다. 아리디제이 션(aridization) 공정은 주로 산업적 플라스터로 사용되나, 용해성 염의 추가 없이 낮은 물 요구량 플라스터를 제공하는 공정이 산업상 바람직할 것이다.

이러한 베타 플라스터의 응용에서 알파 플라스터가 좀 더 이상적인 것인 것 같지만, 알파 반수화물의 생산은 훨씬 비용이 많이 들고 수행되기 어렵다. 게다가, 알파 플라스터의 특성은 반수화물 슬러리가 석고 보드와 같은 낮은 밀도, 가벼운 제품이 되기 위하여 매우 빨리 경화되어야 하는 공정에 매우 용이하게 적용되지 않는다.

전형적인 알파 및 베타 플러스터 사이의 반수화물 플라스터 중간체가 요구되는 분야인 경우, 이러한 제품을 생산하는 전통적인 방법은 이러한 두 형태 물질 간의 플라스터 중간체를 생산하기 위하여, 하나는 알파를 위한 것이고 하나는 베타를 위한 두 생산 시설을 블랜딩 공장과 함께 짓는 것이다. 미국 특허 6,964,704 (Cox)는 석고를 굳혀 분탄으로 만들고 오토클레이브에서 소성되어 성능면에서 중간체인 물질을 제공하는 공정을 기재하고 있다.

반수화물의 경화특성을 측정하기 위하여 석고 산업에서 사용되는 방법 중 하나는, 반수화물이 석고로 전이되는 발열 수화로부터 얻어지는 온도 상승 곡선을 측정하는 것이다. 각기 다른 회사들은 이러한 특성을 모니터하는 다른 절차/기술을 가지고 있다. 일반적으로, 페이퍼 페이스 라이너(paper face liners)가 슬러리에 의하여 습식되기 위하여 경화과정이 천천히 시작되나, 보드가 드라이어에 들어가기 전에 가능항 수화공정이 마칠 수 있도록 경화과정이 빨리 완료되는 것이, 석고 보드 제조에서 바람직하다. 통상 사용되는 기술은, 수화 곡선(℃/분)의 최대 기울기를, 이에 앞서 혼합 후 즉시 매우 낮은 기울기로 나타나는 형태와 함께 측정하고, 전체 수화 과정에서 가장 늦게 나타나는 최대 기울기를 측정하는 것이다. 이러한 경우에, 반수화물 보드 스터코(stucco)는 거의 바로 그 수화 시간이 끝날 때까지 매우 빨리 경화한다. 이는 일반적으로 최종 슬러리의 개선된 강도 특성과 관련이 있다. 베타 플라스터는 이러한 측정으로 도면 1에 나타난 세트 곡선을 잘 나타낸다. 그러나, 전형적인 알파 플라스터는 낮은 물 요구량 및 낮은 혼합 열 수용량(mix heat capacity) 때문에 더 높은 전체적인 온도 상승을 가질 것이나, 수화 공정의 거의 마지막에서 전체적인 경화과정은 매우 느리고, 완료되기까지 오랜 시간이 소요된다.

다른 석고 플라스터 응용은 다른 경화 특성을 요구한다. 벽 플라스터는 보드 플라스터에서 전형적으로 발견되는 것보다 더 높은 강도를 요구하나, 알파 플라스터에 의한 것이 아니라 베타 플라스터에 의해 나타나는 "바디(body)"를 요구한다. 몰딩 플라스터는 잘 조절된 확장/수축 특성과 함께, 세부적이고 좋은 강도 특성의 정확한 재생을 제공하는 성질을 요구한다. 필요한 특성을 미세하게 조정하기 위하여, 경화 조절 및 결정 성질 조절기가 석고 플라스터의 성질을 조절하기 위하여 사용될 수 있으나, 일반적으로 출발점은 알파 플라스터, 베타 플라스터 또는 이 둘의 블렌드이다.

반수화물의 경화 공정을 제어하기 위해서 사용되는 가장 일반적인 첨가제는, 용해된 칼슘 및 설페이트 이온이 결정화되는 더 넓은 석고 표면을 제공하는 결정핵으로 효과적으로 작용하는, 분쇄된 석고 촉진제이다. 분말 석고 촉진제는, 석고 결정 표면의 활성을 극대화 또는 안정화시키기 위하여 여러 공정에 의하여 많은 형태로 제조된다. 반수화물을 용해하고 칼슘 및 설페이트 이온을 성장하는 석고 결정으로 이동시키는 화학공정을 보다 빨리 일어나도록 유발하는, 일반적으로 화학 촉진제로 불리는, 다른 형태의 촉진제가 존재한다. 칼륨 및 알루미늄 설페이트, 또는 다른 용해성 설페이트, 또는 황산(sulfuric acid)이 전형적인 화학 촉진제이다. 이온성 강도를 증가시키는 또는 반수화물의 용해도를 석고의 용해도보다 증가시키는 화합물 또한 화학 촉진제이다.

또한, 수화공정을 지연시킬 수 있는 여러 화합물도 있다. 이러한 물질은 전형적으로 칼슘 이온의 화학 활성을 방해할 수 있는 킬레이트제(chelating agent) 이거나, 또는 반수화물의 용해를 방해하는 화합물, 또는 용해성 칼슘 밀 설페이드 이온을 석고 결정의 표면에 수용되는 것을 막는 화합물이다. 전형적인 상업적인 지연제(retarder)는 디에틸렌 트리아민 펜타아세트 산(diethylene triamine pentaacetic acid, DTPA), 시트르 산(citric acid), 타르타르 산(tartaric acid) 및 하이드롤라이즈드 케라틴 단백질(hydrolyzed keratin proteins)이다; 그러나 석 고결정의 표면에서 흡수되는 많은 화합물들은 반수화물의 경화 공정을 지연시킬 것이다. 예를 들어, 리그닌 설포네이트(lignin sulfonates), 폴리아크릴 산(polyacrylic acids) 및 폴리포스페이트(polyphosphates) 에서 발견되는 당(sugars)은, 비록 분산제와 같이 다른 이유로 경화 반수화물 슬러리에 첨가될 수 있다고 하더라도, 모두 효과적인 지연제이다.

넓은 관점에서, 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 처리를 위한 공정이 제공된다. 상기 공정은 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 대기압 이상의 압력에서 스팀에 노출시키는 단계를 포함한다.

이의 이점은, 상기 처리는 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량을 감소시킬 것이라는 점이다. 이에 따라 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량은 40% 또는 그 이상까지 감소될 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 증가된 스팀 온도 및 압력에 의하여 물 요구량의 감소가 증대될 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 이에 따른 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 처리공정은 대기압(즉, psig) 보다 높은 0.1psi 내지 210psi 범위의 스팀 압력에서 처리된 플라스터의 물 요구량을 감소시킨다는 것이 밝혀졌다. 또한, 이에 따른 새로이 소성된 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 처리공정은 100℃ 내지 200℃ 범위의 스팀 온도에서 처리된 플라스터의 물 요구량을 감소시킨다는 것이 밝혀졌다.

다른 이점은, 이에 따라 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물은, 화학 촉진제, 지연제 또는 화학적 분산제를 높은 정도로 사용하지 않고도 이로운 경화 특성을 나타낸다는 것이다. 즉, 이에 따라 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물로 만들어진 슬러리의 경화특성은, 높은 물 요구량을 가지는 비처리 베타 칼슘 설페이트 반수화물로 만들어진 슬러리와 유사한 경화특성을 가질 수 있다.

추가로, 물 요구량의 감소는 천연 및 합성 석고에서도 일어난다는 것이 밝혀졌다. 또한, 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 가용성 무수화물을 높은 정도로 포함하는 경우에도 물 요구량 감소는 여전히 일어날 수 있다는 것이 밝혀졌다.

이의 다른 이점은, 비처리 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 잔류 칼슘 설페이트 이수화물을 포함하는 경우에도 이러한 이수화물의 일부가 상기 공정에서 반수화물로 전이될 수 있다는 것이다. 유사하게, 비처리 베타 플라스터가 수용성 칼슘 설페이트 무수화물을 포함하면, 이러한 가용성 무수화물은 처리공정에서 반수화물로 전이될 수 있다. 따라서, 이에 따라 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물은 비처리 베타 칼슘 설페이트 반수화물보다 100% 반수화물의 화학분석에 가깝다.

이의 또 다른 이점은, 이러한 공정이 비처리 플라스터로 만들어진 비슷한 밀도 및 경화시간을 가지는 석고 큐브와 비교해 볼 때, 처리된 베타 칼슘 설페이트 반수화물로 만들어진 큐브의 압축 강도 감소를 가져오지 않는다는 점이다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정은 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 압력챔버에 공급하는 단계, 및 바람직한 압력에 도달되도록 스팀을 상기 압력챔버에 공급하는 단계를 포함한다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 공정은 적어도 5초의 체류시간 동안 상기 압력챔버에서 상기 압력을 대기압 이상으로 유지하는 단계를 포함한다. 상기 실시예들은, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 상대적으로 짧은 처리 시간 후에도 감소된 물 요구량을 나타내기 때문에 바람직하다. 이러한 실시예에 따른 처리는 단지 수 초 후에 감소된 물 요구량을 달성한다.

몇몇 실시예에서, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물은 상기 압력챔버에 초기 플라스터 온도로 공급되고, 상기 스팀은 상기 압력챔버에 초기 스팀 온도로 제공되고, 상기 공정은 상기 공정과정에서, 2% 이하의 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 칼슘 설페이트 무수화물로 전이되고, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량이 적어도 3% 감소되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀온도, 압력, 및 체류시간이 선택되는 단계를 추가로 포함한다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정은, 상기 압력을 배출하고 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 60℃ 이하의 온도로 식히는 단계를 추가로 포함한다. 그러한 몇몇 실시예에서, 상기 식히는 과정에서 2% 이하의 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 칼슘 설페이트 이수화물로 전이되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 선택된다.

몇몇 실시예에서, 상기 초기 플라스터 온도는 60℃ 내지 200℃이고, 상기 초기 스팀온도는 100℃ 내지 200℃이고, 상기 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이고, 상기 체류시간은 5초 내지 900초이다. 유리하게도, 압력챔버에 175℃로 제공되고 65 psi _g 의 압력에서 3 분 동안 노출된 베타 칼슘 설페이트 반수화물은, 55 ml/100g의 물 요구량을 가지고, 반면에 유사한 비처리 칼슘 설페이트 반수화물은 91 ml/100g의 물 요구량을 가지는 것이 밝혀졌다.

몇몇 실시예에서, 상기 압력챔버는 챔버 온도로 가열되고, 상기 스팀은 상기 압력챔버에서 상기 초기온도보다 높은 최종온도로 가열되고, 상기 공정은, 상기 공정과정에서, 2% 이하의 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 칼슘 설페이트 무수화물로 전이되고, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량이 적어도 3% 감소되도록, 상기 챔버 온도가 선택된다.

몇몇 실시예에서, 상기 챔버 온도는 115℃ 내지 200℃이고, 상기 초기 플라스터 온도는 60℃ 내지 200℃이고, 상기 초기 스팀 온도는 100℃ 내지 115℃이고, 상기 최종 스팀 온도는 115℃ 내지 200℃이고, 상기 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이고, 상기 체류시간은 5초 내지 900초이다.

몇몇 실시예에서, 상기 스팀은 상기 압력에서 이슬점을 가지고, 상기 스팀은 상기 이슬점의 +/- 5℃ 범위의 초기 스팀온도로 상기 압력챔버에 공급된다.

몇몇 실시예에서, 상기 스팀은 상기 압력에서 이슬점을 가지고, 상기 스팀은 상기 이슬점 이하의 초기 스팀온도로 상기 압력챔버에 공급되어, 상기 압력챔버에서 상기 이슬점의 +/- 5℃ 범위의 최종 스팀온도로 가열된다.

몇몇 실시예에서, 상기 스팀은 100℃ 내지 200℃의 초기 스팀온도로 공급된다.

몇몇 실시예에서, 상기 스팀은 상기 압력에서 이슬점을 가지고, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 상기 압력챔버에 상기 이슬점의 +/- 5℃ 범위의 플라스터 온도로 공급된다.

몇몇 실시예에서, 상기 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 압력은 10 psi _g 내지 200 psi _g 이다.

몇몇 실시예에서, 상기 체류시간은 5초 내지 900초이다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 체류시간은 5초 내지 600초이다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정 과정에서 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 잔류 석고 함량이 감소되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 더(further) 선택된다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 공정 과정에서 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 상기 가용성 무수화물 함량이 감소되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 더(further) 선택된다.

몇몇 실시예에서, 체류시간 동안 추가 스팀이 압력챔버에 공급된다. 몇몇 실시예에서, 체류시간 전이나 또는 체류시간동안 상기 압력챔버가 가열된다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정은, 상기 공정 과정에서 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 상기 경화시간이 15%이하로 증가되도록, 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간을 선택하는 단계를 추가로 포함한다.

또 다른 넓은 양태에서, 상기 처리공정의 생성물을 이용하기 위한 이용공정이 제공된다. 이용공정은 유동성 슬러리를 형성하기 위하여 칼슘 설페이트 반수화물과 물을 혼합하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 칼슘 설페이트 반수화물의 10 중량부가 물의 7.5 중량부 이하와 유동성 슬러리를 형성하기 위하여 혼합된다.

또 다른 넓은 양태에서, 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 처리를 위한 공정이 제공된다. 상기 공정은, 다량의 베타 칼슘 설페이트를 플라스터 온도로 압력챔버에 공급하는 단계; 및 상기 압력챔버 내에서 대기압 이상의 압력에 도달되도록 스팀을 초기 스팀 온도로 상기 압력챔버에 공급하는 단계를 포함한다. 2% 이하의 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 칼슘 설페이트 무수화물로 전이되고 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 물 요구량이 적어도 3% 감소되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀온도, 압력, 및 체류시간이 선택된다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정은 체류시간동안 상기 압력챔버내에서 상기 압력을 대기압 이상으로 유지하는 단계를 추가로 포함한다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 공정은 상기 압력을 배출하고 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 60℃ 이하의 온도로 식히는 단계를 포함한다. 그러한 몇몇 실시예에서, 식히는 과정에서, 2% 이하의 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 칼슘 설페이트 이수화물로 전이되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 더(further) 선택된다.

몇몇 실시예에서, 상기 초기 플라스터 온도는 60℃ 내지 200℃이고, 상기 초기 스팀온도는 100℃ 내지 200℃이고, 상기 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이고, 상기 체류시간은 5초 내지 900초이다.

몇몇 실시예에서, 상기 압력챔버는 챔버 온도로 가열되고, 상기 스팀은 상기 압력챔버에서 상기 초기온도보다 높은 최종온도로 가열된다.

몇몇 실시예에서, 상기 초기 플라스터 온도는 100℃ 내지 200℃이고, 상기 초기 스팀온도는 100℃ 내지 115℃이고, 상기 최종 스팀 온도는 115℃ 내지 200℃이고, 상기 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이고, 상기 체류시간은 5초 내지 900초이다.

몇몇 실시예에서, 상기 공정 과정에서 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 잔류 석고 함량이 감소되도록, 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 더(further) 선택된다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 가용성 무수화물 함량이 감소되도록, 상기 초기 플라스터 온도, 초기 스팀 온도, 압력, 및 체류시간이 더(further) 선택된다.

또 다른 넓은 양태에서, 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 처리하는 다른 공정이 제공된다. 상기 공정은, 다량의 베타 칼슘 설페이트를 120℃ 내지 190℃의 온도로 압력챔버에 공급하는 단계; 상기 압력챔버 내에서 10 psi _g 내지 200 psi _g 의 압력에 도달되도록 스팀을 115℃ 내지 195℃의 온도로 상기 압력챔버에 공급하는 단계; 및 5초 내지 900초 동안 상기 압력챔버내에서 상기 압력을 10 psi _g 내지 200 psi _g 의 압력으로 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이러한 특성과 다른 특성들은, 본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명을 통하여 더욱 구체적으로 이해될 것이다.

도 1은 종래 베타 칼슘 설페이트 반수화물에 의하여 나타나는 경화 곡선의 예시이다.

도 2는 석고 소성 공정에 사용되는 종래 공정의 예시이다.

도 3은 본 발명에 따른 공정 실시예의 순서도이다.

도 4는 본 발명의 공정에 사용되는 적합한 압력 챔버 실시예의 정면도이다.

실험방법 (DESCRIPTION OF TEST METHODS)

석고 상 분석(Gypsum Phase Analysis) : 이수화물, 반수화물, 무수화물(III), 자유수(free water), 및 다른 물질의 조성 백분율은 하기와 같은 석고 상 중량 분석 절차(gravimetric gypsum phase analysis procedure)를 통하여 측정하였다: 오 차 0.0001g으로 빈 용기의 무게를 측정하였다. 4 내지 6g의 샘플을 용기에 넣고(필요에 따라 그 전에 모터로 곱게 분쇄한다) 무게를 측정한 후, 상대습도 60-80%의 공기에서 하룻밤 두었다. 그 후 샘플은 Yamato DKN600 (Santa Clara, CA)의 디지털 제어 항온 오븐에서 45℃에서 2시간 동안 건조하였고 그 후 무게를 측정하였다. 다음으로, 증류수 20 mL를 샘플에 첨가하고, 샘플을 덮은 다음 상온에서 두 시간 동안 재수화되도록 하였다. 그 후, 샘플은 45℃에서 하룻밤 다시 건조하였고, 그 후 무게를 측정하였다. 그리고, 샘플을 Orton (Westerville, Ohio)의 Sentry Xpress 2.0 kiln 에서 두 시간 동안 300℃에서 가열하였다. 그리고, 샘플을 덮은 후 짧은 시간동안 식힌 후 가능한 빨리 무게를 측정하였다. 최종적으로, 무게결과로부터 자유수(free water), 가용성 무수화물(III), 이수화물, 반수화물 및 다른 물질의 무게 %를 계산하였다.

수분 평형 분석(Moisture Balance Analysis) : 수분 함량은 Ohaus MB45 수분 분석기(Pine Brook, NJ)에서 가열하는 동안 샘플의 무게손실로 측정하였다. 샘플 팬(pan)의 무게를 측정하고, 대략 2g의 샘플을 샘플 팬에 올렸다. 팬과 샘플은 무게 손실이 안정화되고 수분 함량 퍼센트가 기록될 때까지 200℃의 최대 열 램프율로 수행하였다.

연속 소성로 소성(Continuous Kettle Calcination) : 연속 소성은 소성로의 내외부로 지속적인 공급을 유지함으로서 작동된다. 사용된 실험실 규모의 연속 소 성로 장치는 소성로가 특정 용량으로 채워지면 소성로의 바닥으로부터 플라스터가 제조되도록 디자인된 기계적 교반기를 구비한 주문제작된 20리터 용기이다 (도면 4 참조). 소성로는 소성로 측면 주변의 자켓(jacket) 열원 및 소성로의 바닥 베이스(base) 상의 열원, 각각 Staco Energy Products (Dayton, OH) 사의 10 amp, 1.4 KVA Variac에 의하여 가변적으로 조절되는 두 개의 열원을 사용하여 가열하였다. 연속 소성 공정은, Eriez (Erie, PA) N 12-G30HZ-115/230진동 공급기로 다양한 베이스(base)에 연속적으로 석고를 공급하여 소성로에서 바람직한 온도를 유지함으로서 수행하였다. 물질이 소성로의 상부로 유입되고, 소성로의 부피가 특정 용량에 도달되면, 물질이 소성로 측면의 위어 튜브(weir tube)를 통하여 바닥으로부터 외부로 배출되었다. 상기 위어 튜브(weir tube)는 상기 위어 튜브(weir tube)에서 송출부(the discharge port)로 배출될 때 상기 물질이 유동성을 유지시키는 에어 랜스(air lance)를 구비하고 있다. 상기 기계적 교반기는 바닥을 교반하여, 소성로에 온도 기여도 하였다. 소성로의 작동은 히터, 집진기(dust extractor), 기계적 교반기, 에어 랜스(air lance) 및 온도 기록장치를 켬으로서 시작되었다. 소성로가 130℃ 근처에 도달되면, 석고의 유입이 시작되었다. 소성로는 물질이 공급됨에 따라 제어 온도에 도달할 때까지 계속해서 가열되며, 이후 온도가 일정하게 유지될 정도로 석고가 소성로에 공급되었다. 소성로를 채우는데 대략 45분이 걸리며, 소성된 물질이 생성되면 작동이 안정화되고 일정한 출력이 되도록 또 대략 45분 동안 두었다. 온도는 위어 튜브(weir tube)의 바닥 및 바닥의 상부 근처에서 절대온도(K)로 모니터하였다. 온도 데이터는 Sper Scientific 800024 thermometer (Scottsdale, AZ)과 적절한 컴퓨터 자동기록 소프트웨어로 측정하였다..

뱃치 소성(Batch Calcination) : 뱃치 소성은 소성로를 140℃ 내지 160℃로 먼저 가열함으로서 수행하였으며, 그리고 난 뒤 유입을 시작하였다. 뱃치 소성은 대략 9kg의 플라스터를 소성하였다. 뱃치 소성에서 공급률은 45 내지 90분의 소성로 충전 시간(kettle fill time)을 달성하기 위하여 150 그램/분으로 일정하게 유지하였다. 유입이 시작되면 소성로 온도는 떨어지며, 그 후 온도가 110℃ 내지 120℃로 유지되도록 측면히터(side heaters)가 수동으로 주기적으로 켜졌다가 꺼진다. 소성로에의 유입이 멈추면, 소성로는 플라스터의 온도가 점진적으로 떨어지도록 하부 히터(bottom heaters)에 의해서만 작동된다. 플라스터의 온도는 증가되는데, 왜냐하면 제거되는 물이 감소함에 따라 제거될 물이 더 적어지기 때문이다. 온도가 145℃ 내지 155℃에 도달되면, 플라스터는 소성로의 하부 게이트(bottom gate)를 열어 제거하였다. 아리디제이션 뱃치 공정(aridized batch calcination)을 수행할 경우에는, 소성공정 동안 칼슘 클로라이드(calcium chloride)를 석고와 함께 첨가하였다. 9kg 뱃치(batch) 당 0.1% 중량의 칼슘 클로라이드(calcium chlorid), 또는 전체 뱃치 소성(full batch calcination)에 9g을 첨가하였다. 뱃치 소성(batch calcination)은 오직 칼슘 클로라이드(calcium chloride)의 첨가를 제외하고는 아리디제이션 뱃치(aridized batch)와 같은 방식으로 수행하였다.

입자 크기 분석 Malvern (Particle Size Analysis Malvern) : 입자크기분포는 Malvern Mastersizer 2000 (Worcestershire, United Kingdom)을 사용하여 측정하였다. 테스트는, 1800 RPM으로 작동하는 습식 분산 유닛(wet dispersion unit)에서, 이소프로필 알코올 용액에 샘플을 분산시킴으로서 수행하였다. "석고(평균)"의 물질 밀도 경화로 가정하였고, 10 내지 20의 obscuration 수치로, 배경을 배제한 후에 측정하였다.

기계 혼합 물 요구량(Machine Mix Water Demand) : 기계 혼합 물 요구량 측정은 blender (Cuisinart SmartPower (East Windsor, NJ))에서, 400 그램의 플라스터를 30초 동안 반복적으로 조사된 1.0g 의 소디움 시트레이트(sodium citrate)를 가지는 상온 평형 물의 양에 첨가하고 가장 빠른 속도로 7초 동안 혼합함으로서 결정하였다. 그리고 블랜드된 슬러리(blended slurry)는 클린 글래스 플레이트(clean glass plate)상의 2인치 지름, 4인치 높이의 실린더에 부었다. 상기 튜브가 채워지면, 슬러리가 슬럼프(slump)로 알려져 있는 측정 지름의 패티(patty)로 퍼지도록, 빠르게 수직 운동으로 들여 올렸다. 이의 표시된 물 요구량에서, 플라스터의 대상 직경은 7.5인치였다.

압축 강도(Compressive Strength) : 경화 석고 큐브의 압축강도는 플라스터를 2인치 큐브형태로 경화함으로서 테스트하고, 그리고 Test Mark Industries (Beaver Falls, PA)의 유압 테스트 장치(hydraulic compression test machine)로 기계적으로 테스트하였다. 600 그램의 플라스터를 30초 과정으로 표시된 물 요구량에 혼합 하고, 7초 동안 블랜딩 하였다. 그리고, 슬러리는 동반된 공기 구멍을 제거하기 위하여 스파튤라(spatula)로 채워진 코너가 많은 2인치 큐브 몰드에 부었다. 초과 슬러리는 수화 완료전에 수평을 맞추기 위해 상기 주걱으로 제거하고, 동시에 상기 큐브를 수화 완료 후에 상기 몰드로부터 제거하였다. Vicat 경화 시간은 Humboldt MFG CO. (Norridge IL)의 Vicat 시험 기구를 사용하여 측정하였다. 큐브는 습식된 채로 무게를 재고, 45℃에서 하룻밤동안 건조하였다. 큐브는 일정한 질량이 될 때까지 건조된 후에 다시 무게를 쟀다. 그리고, 중력에 의한 침천효과를 회피하기 위하여 측면을 면하고 있는 큐브의 상층면으로, 상기 유압 테스트 장치에서 테스트하였다. 큐브는 60 내지 160 lbs/sec의 작업률로 테스트하였다. 피크 강도가 기록되고, 큐브 표면으로 나누어 압축 강도로 기록하였다.

온도 상승 경화 곡선(Temperature Rise Set Curves) : 플라스터 샘플의 경화 곡선은, Extech Instruments 421508 Thermometer (Waltham, MA) 및 K형 열전대를 사용하는 절연 열량계에서, 시간을 함수로 하여 플라스터 슬러리의 발열 온도 상승(exothermic temperature rise)을 측정함으로서 결정하였다. 400 그램의 플라스터가 표시된 물의 양에 30초 동안 첨가하였고, 7초동안 블랜드하였다. 그리고 혼합물은 열량계의 스티로폼 컵에 붓고 봉인하였고, 초당 0.1C 의 정확도로 온도를 기록하였다. 얻어진 온도 대 시간 데이터 곡선을 온도상승, 98% 경화시간 및 최대 기울기의 온도와 시간을 측정하기 위하여 분석하였다. 몇몇 실시예에서, 볼밀된 촉진제(ball milled accelerator)가 추가되는 경우, 이러한 촉진제는 750g의 미가공 석 고 및 15g의 계면활성제 Nansa HS90/AF (Albright & Wilson Americas, Glen Allen, VA, USA)를 Lortone QT12/QT66 Rotary Tumbler (Seattle, WA, USA)에서 240분 동안 볼밀하여 제조하였다. 회전 텀블러(Rotary Tumbler)는 1인치 지름의 스틸 볼 40개와 1인치 지름 및 1인치 높이를 가지는 실린더 20개로 로딩하였다.

본 발명의 실시예는 베타 칼슘 설페이트 반수화물이 증가된 특성을 제공하는, 베타 칼슘 설페이트 반수화물의 소성후 처리를 위한 공정을 제공한다. 상기 공정은 베타 칼슘 설페이트 반수화물(이하에서 플라스터라고 한다)을 대기압 이상의 압력에서 스팀에 노출시키는 단계를 포함한다. 하기에 기재된 조건하에 수행시, 상기 공정은 플라스터의 물 요구량을 바람직한 정도로 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 플라스터의 물 요구량은 적어도 3%, 및 40% 까지 또는 그 이상으로 감소된다. 몇몇 실시예에서, 상기 공정은 플라스터를 불용성 칼슘 설페이트 무수화물로 전이시키는 것을 촉진하지 않고, 그리고 플라스터를 칼슘 설페이트 이수화물로 전이시키는 것을 촉진시키지 않으면서도, 플라스터의 물 요구량을 감소시키는 조건하에 수행된다. 상기 조건들이 본 발명에 기재된다.

본 발명에 따라, 플라스터를 압력챔버에서 대기압 이상의 압력으로 스팀에 일정시간(이하 체류시간이라 한다)동안 노출시킴으로서, 플라스터의 물 요구량은 바람직한 정도로 감소될 수 있다. 물 요구량의 감소는 넓은 범위의 스팀 온도 및 압력에서 일어나는 것임이 밝혀졌다. 놀랍게도, 상기 처리는 스팀이 과열된 스팀 또는 포화된 스팀(saturated steam)으로 제공되거나, 또는 응축된 환경(condensing environment)에서 제공되는 경우에도 효과적임이 밝혀졌다. 놀랍게도, 물 요구량의 감소를 달성하기 위하여 요구되는 체류시간은, 압력챔버의 압력이 증가하고, 스팀의 온도가 증가할수록 감소되는 것임이 밝혀졌다. 상기 처리 공정은 특정 조건하에서는 놀라울 정도로 효과적으로 빠르다는 것이 밝혀졌다. 또한, 물 요구량의 감소는 체류시간에 따라 변경될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 사용자는 원하는 플라스터의 특성에 따라 체류시간을 선택할 수 있다. 처리 공정은 처리 후의 플라스터가 흡수된 수분을 매우 낮은 정도로 가지게 함과 동시에 매우 효율적이고, 그 결과 처리된 플라스터를 식히는 공정에서 플라스터가 석고로 전이되는 것을 감소시킬 수 있음이 밝혀졌다.

플라스터가 석고로 전이되는 것을 감소시키기 위하여, 플라스터는 석고로 전이되는 온도 이상의 온도에서 제공되고, 그리고 플라스터에 의하여 흡수될 수 있는 물의 양은 감소될 수 있다. 일반적으로 말해, 플라스터는 60℃ 이상에서 수 분의 존재하에 석고로 전이될 수 있다. 따라서, 플라스터는 60℃ 이상에서 상기 공정에 제공될 수 있다. 또한, 처리 공정동안 액화되는 스팀의 양을 감소시킴으로서 플라스터에 의해 흡수될 수 있는 물의 양은 감소될 수 있다. 이는 상기 플라스터를 상기 공정에 훨씬 더 높은 온도, 즉 60℃ 보다 매우 높은 온도에서 제공함으로서 효과적일 수 있다. 그럴 경우, 상기 공정이 완료된 후 60℃ 이하로 플라스터를 식힐 때, 플라스터를 석고로 전이시키는 물이 더 적게 된다. 몇몇 실시예에서, 플라스터 는 스팀의 이슬점에 가까운 온도에서 제공된다. 바람직한 예로는, 플라스터는 스팀의 이슬점 또는 그 이상에서 제공된다. 즉, 실시예에서, 스팀이 플라스터에 액화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 공정은 40 psi _g 에서 수행되고, 스팀은 적어도 143℃(40 psi _g 에서의 이슬점)에서 제공되거나 가열되고, 플라스터는 143℃ 또는 그 이상의 온도에서 제공된다. 바람직한 예로, 플라스터는 스팀의 이슬점 이하에서 제공되어, 그 결과 스팀이 플라스터에 액화되고, 플라스터 온도는 제공된 스팀의 온도로 상승되어 도달된다. 놀랍게도, 상기 처리 공정은 60℃ 이하로 플라스터를 감소시킨 후, 처리된 플라스터에 과량의 석고를 유발하지 않고 플라스터의 물 요구량을 감소시키는데 더욱 효과적이다.

몇몇 실시예에서, 플라스터가 불용성 무수화물로의 전이되는 것을 감소시키기 위하여, 스팀은 플라스터로부터 불용성 무수화물의 형성을 억제할 수 있을 정도의 낮은 온도로 제공된다. 약 200℃ 이하의 온도에서 그러한 형성을 억제할 수 있음이 밝혀졌다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 플라스터를 생산하는 석고의 소성은 일반적으로 약 120℃ 내지 약 190℃의 온도에서 일반적으로 수행된다. 만약 플라스터가 상기 소성공정으로부터 얻어지고 본 발명의 개선된 처리 공정에 제공되면, 중간 저장단계없이, 플라스터의 온도는 상기 처리 공정에서 플라스터의 물 요구량을 감소시 키는데 적당하다는 것이 밝혀졌다. 상기 공정에서 석고 형성 및 불용성 무수화물을 유발하지 않으면서 물 요구량의 감소가 일어날 수 있음이 발견되었다. 몇몇 실시예에서, 상기 처리공정은 석고 함량의 감소를 가져온다. 다른 실시예에서는, 가용성 무수화물 함량의 감소를 가져온다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 플라스터의 물 요구량을 감소된 시간동안 원하는 정도로 감소시키고, 식힌 후 플라스터가 석고로 전이되는 것을 피하기 위하여, 상기 공정은 플라스터 온도가 120℃ 내지 190℃인 동안 플라스터를 소성공정으로부터 압력챔버로 직접 제공하는 단계, 압력챔버의 압력이 스팀의 이슬점 또는 근처일 때까지 100℃ 내지 200℃에서 스팀을 제공하는 단계, 및 주어진 체류시간동안 압력을 유지하는 단계를 포함한다. 또한, 이러한 공정은 후에 재가열되는 저장된 상온 플라스터의 물 요구량을 감소시키는 데에도 효과적임을 보여주었다.

도면 3은 베타 칼슘 설페이트 반수화물(플라스터)의 소성후 처리를 위한 대표적인 공정(300) 을 나타낸다. 기재된 공정은 뱃치(batch) 공정이다; 그러나 상기 공정은 연속 또는 반-연속 공정으로 이해될 수 있다. 단계 302에서, 플라스터는 압력챔버로 제공된다. 상기 압력챔버는 본 기술분야에 알려진 어떤 적합한 압력챔버도 가능하다. 적절한 압력챔버의 일례(400)가 도면 4에 기재되어 있다. 기재된 실시예에서, 압력챔버(400) 는 챔버바디(chamber body ;402), 플라스터 입구부(plaster inlet ;404), 플라스터 출구부(plaster outlet ;406) 및 스팀 입구부(steam inlet ;408)를 포함한다. 바디(Body ;402)는, 예를 들어, 3인치 지름의 스테인레스 스틸 파이프로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 바디(Body ;402)는 실린더 형태일 수 있다. 플라스터 입구부(plaster inlet ;404) 및 플라스터 출구부(plaster outlet ;406)는, 예를 들어, 볼 밸브(ball valve)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 몇몇 실시예에서, 플라스터 입구부(plaster inlet ;404) 및/또는 플라스터 출구부(plaster outlet ;406)는 상업적으로 이용할 수 있는 Clyde Materials Handling(Doncaster UK)사의 Spheri Valve를 포함할 수 있다. 기재된 실시예에서, 스팀 입구부(steam inlet ;408)는 압력챔버의 측면에 제공되고, 챔버의 높이에 따라 중앙에 위치한다. 다른 실시예에서, 스팀 입구부는 압력챔버의 바닥면에 또는 상부면에 제공될 수 있다. 도관(conduit ;410)은 스팀을 스팀원(steam source; 412)으로부터 스팀 입구부(steam inlet ;408)에 제공하기 위하여, 스팀 입구부(steam inlet ;408)에 결합되어 있다. 스팀원(steam source; 412)은, 예를 들어 보일러일 수 있다. 도관(conduit; 410)은 예를 들어 약 1/4인치 내부 직경을 가지는 구리 튜브일 수 있다. 벤팅 밸브(venting valve; 414)는 압력챔버의 압력을 낮추기 위하여 스팀 도관(steam conduit; 410)에 결합되어 있다. 압력 지시부(pressure indicator ;416)는 유입되는 스팀의 압력을 측정하기 위하여 스팀 도관(steam conduit ;410)에 결합되어 있다. 몇몇 실시예에서, 압력챔버 바디(pressure chamber body; 402)는 압력챔버의 벽을 가열하기 위하여 가열부(heating member; 기재되어 있지 않음)와 함께 제공될 수 있다. 추가로, 스팀 도관(steam conduit; 410)은 가열부(heating member)와 함께 제공될 수 있다. 가열부(heating member)는, 예를 들어, 압력챔버 바디(pressure chamber body; 402) 및 /또는 스팀 도관(steam conduit; 410)을 싸고 있는 히팅 테이프(heating tape)를 포함할 수 있다. 몇몇 구체적인 실시예에서, 히팅 테이프(heating tape)는 1인치 너비를 가지는 120V 히팅 테이프(heating tape)일 수 있다. 다른 실시예에서, 압력챔버는 가열되지 않을 수 있다. 예를 들어, 압력챔버는 절연될 수 있으며, 이에 따라 스팀으로부터 효과적인 열이 존재하고, 외부로부터 챔버로 열이 공급되지 않아도 플라스터가 챔버의 벽에 응결되는 것을 막을 수 있다. 몇몇 실시예에서(기재되지 않음), 열전쌍(thermocouple) 또는 온도계(thermometer)와 같은 온도 센서가 압력챔버 바디(pressure chamber body; 402) 내부에 제공될 수 있다. 몇몇 구체적인 실시예에서, 열전쌍(thermocouple)은 압력챔버의 벽에 제공될 수 있고, 압력챔버의 높이에 따라 중앙에 위치할 수 있다.

도면 3을 다시 참조하여, 플라스터는 상승된 온도(이하 초기 플라스터 온도(initial plaster temperature)라 한다)에서 압력챔버에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라스터는 60℃ 내지 200℃의 초기 플라스터 온도 에서 제공된다. 보다 구체적으로, 몇몇 실시예에서, 플라스터는 120℃ 내지 190℃의 초기 플라스터 온도 에서 제공된다. 몇몇 실시예에서, 플라스터는 소성공정으로부터 직접 압력챔버로 제공될 수 있다. 그러한 실시예에서, 플라스터는 소성공정에서 초기 플라스터 온도로 가열될 수 있고, 플라스터의 추가 가열이 요구되지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 플라스터는 다른 곳, 예를 들어 저장탱그로부터 제공될 수 있다. 그러한 실시에에서, 단계 304에서, 플라스터는 압력챔버로 제공되기 전에 예비가열될 수 있다. 다른 실시예에서, 플라스터는 저장탱크로부터 압력챔버로 직접 제공될 수 있고, 스팀처리 전에 압력챔버에서 예비가열될 수 있다.

플라스터는 압력챔버에 다양한 형태로 제공될 수 있다. 또한, 플라스터는 순수한 칼슘 설페이트 반수화물이 아닐 수 있고, 다른 잔류 화합물 뿐만 아니라 하나 또는 그 이상의 잔류 석고, 수용성 칼슘 설페이트 무수화물, 불용성 무수화물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라스터는 파우더로 제공될 수 있고, 느슨하게 채워진 층을 형성하기 위하여 압력챔버에 축적된다. 몇몇 실시예에서, 압력챔버는 약 0.0015 세제곱 미터 내지 10 세제곱 미터의 부피를 가지고, 플라스터로 채워져, 느슨하게 채워진 층은 부피의 약 50% 내지 95%를 포함하고, 느슨하게 채워진 층은 약 40% 내지 80%의 빈 공간을 가지게 된다. 그러나, 다른 실시예에서는, 다른 부피, 플라스터의 질, 플라스터의 양 및 빈 공간이 사용될 수 있다.

단계 306에서, 스팀은 압력챔버에 제공된다. 스팀은 원하는 압력에 도달될 때까지 압력챔버에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 원하는 압력은 0.1 psi _g 내지 210 psi _g 이다. 보다 구체적으로, 몇몇 실시예에서, 원하는 압력은 10 psi _g 내지 200 psi _g 이다. 몇몇 구체적인 실시예에서, 스팀의 이슬점이 플라스터의 온도 또는 그 근처(즉, +/- 5℃ 범위내)가 되도록 압력이 선택된다. 예를 들어, 만약 초기 플라스터 온도가 143℃인 경우, 압력은 이슬점이 143℃인 약 40 psi _g 로 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 압력은 플라스터 온도에서 스팀의 이슬점 압력보다 높거나 낮을 수 있다.

스팀은 넓은 범위의 온도로 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스팀은 초기 온도(즉, 초기 온도의 +/- 5℃ 범위내)로 제공될 수 있고, 상기 초기 온도에서 공정동안 실질적으로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 스팀은 초기 온도로 제공될 수 있고, 상기 압력챔버에서 상기 초기 온도보다 높은 최종 온도로 가열될 수 있다. 두 경우에, 스팀을 초기 온도로 유지하기 위해서 또는 스팀을 최종온도로 가열하기 위해서 압력챔버는 가열된 벽과 함께 제공될 수 있다.

실시예에서, 스팀은 초기 온도에서 제공되고 공정동안 실질적으로 초기 온도로 유지되고, 상기 초기 온도는 100℃ 내지 200℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 초기 온도는 115℃ 내지 195℃일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 원하는 압력에 도달되었을 때, 상기 스팀이 과가열되도록, 스팀이 제공될 수 있다. 예를 들어, 압력챔버 내에서 약 22 psi _g 의 압력이 도달될 때까지, 상기 스팀은 약 143℃로 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 원하는 압력에 도달되었을 때 상기 스팀이 포화되도록, 스팀이 제공될 수 있다. 예를 들어, 압력챔버 내에서 약 40 psi _g 의 압력이 도달될 때까지, 상기 스팀은 약 143℃로 제공될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서는, 원하는 압력에 도달되었을 때 스팀이 응결이 조건이 되도록, 상기 스팀이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 압력챔버 내에서 약 60 psi _g 의 압력이 도달될 때까지, 상기 스팀은 약 153℃로 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 스팀은 초기 온도로 제공될 수 있고, 압력챔버 내에서 최종온도로 가열될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스팀은 약 100℃ 내지 약 115℃의 초기온도로 제공될 수 있고, 압력챔버 내에서 약 115℃ 내지 약 200℃의 최종온도로 가열될 수 있다.

보다 구체적으로, 몇몇 실시예에서, 스팀은 약 100℃의 초기온도로 제공될 수 있고, 압력챔버 내에서 약 115℃ 내지 약 195℃의 최종온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 스팀은 100℃로 제공될 수 있고, 압력챔버의 벽은 143℃로 가열될 수 있다. 따라서, 스팀이 추가됨에 따라, 스팀의 온도는 143℃의 최종온도로 상승하게 될 것이다.

상기 기재된 실시예에서, 플라스터의 초기 온도, 스팀의 초기 및 최종온도, 및 챔버 벽의 온도는 다양한 관계를 가지고 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 초기 플라스터 온도 및 챔버 온도는 스팀의 초기 온도보다 높을 수 있다. 따라서, 스팀은 압력챔버 내에서 최종온도로 가열될 것이다. 다른 실시예에서, 초기 플라스터 온도, 초기 및 최종 스팀 온도, 및 챔버 온도는 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 그러한 실시예에서, 스팀 온도는 압력챔버 내에서 일정하게 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 초기 스팀 온도 및 챔버 온도는 초기 플라스터 온도보다 높을 수 있다. 그러한 실시예에서, 스팀이 압력챔버에 추가됨에 따라, 일부 스팀은 플라스터 상에 응결될 수 있다.

원하는 압력에 도달되면, 압력챔버로의 스팀의 흐름은 멈출 수 있게 되고, 압력은 체류시간 동안 압력챔버에서 압력이 유지될 수 있다 (단계 308). 상기 체류시간 동안, 예를 들어 압력챔버의 벽을 가열함으로서, 추가 열이 압력챔버로 제공될 수 있다. 또한, 상기 체류시간 동안, 추가 스팀이 압력챔버로 제공될 수 있다. 상기 체류시간은 원하는 플라스터의 특성에 근거하여 선택될 수 있다. 플라스터의 물 요구량의 감소는 5초만큼 짧은 체류시간 동안 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 체류시간이 증가함에 따라, 물 요구량의 감소는 강화된다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 상기 체류시간은 5 초 내지 900초이다. 바람직한 실시예에서, 상기 체류시간은 5 초 내지 600 초이다. 특별한 실시예에서, 상기 체류시간은 300초이다. 다른 실시예에서, , 상기 체류시간은 900초보다 많을 수 있다. 예를 들어, 벽판(wallboard) 제조시, 플라스터의 물 요구량은 약 15%로 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 상기 체류시간은 다른 공정 변수에 따라 30 초 내지 약 120초일 수 있다. 다른 실시예에서, 시멘트 산업 또는 플로어스크리드 바인더(floorscreed binder)의 몰드 제조에서, 플라스터의 물 요구량은 약 35%로 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 상기 체류시간은 다른 공정 변수에 따라 약 300초 또는 그 이상일 수 있다.

단계 310에서, 압력챔버 내의 압력은 낮아진다. 플라스터는 즉시 압력챔버로부터 제거될 수 있거나, 또는 압력챔버내에서 식을 수 있다. 앞서 기재한 바와 같이, 상기 체류시간의 진행동안, 스팀, 플라스터, 및 챔버 벽의 온도에 따라, 일부 스팀은 플라스터에 응결되고 흡수될 수 있다. 압력이 낮아질 때, 응결된 스팀의 일부가 증발된다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 플라스터가 60℃ 이하로 식으면, 감소된 물의 양이 플라스터를 석고로 전이시키는데 사용될 수 있다.

플라스터가 식으면, 저장될 수 있고, 그리고/또는 섬유판, 벽판 및 바닥재와 같은 석고보드 제품, 또는 천장보드, 바닥보드, 외장 보드(exterior sheathing boards), 석고블럭, 천장타일, 고강도 벽 플라스터, 유리보강 석고패널(glass reinforced gypsum panels), 세라믹 몰드, 조상(statuary), 모델링 플라스터(modeling plasters), 패턴 메이킹 플라스터(pattern making plasters), 건축 몰딩(architectural mouldings), 캐스팅 플라스터, 엔지니어링 플라스터, 흡착제(absorbent granules), 지반 침하 시멘트(mine subsidence cements) 및 거나이트(guniting)와 같은 다른 석고보드 제품을 생산하기 위하여 사용될 수 있다. 석고보드제품을 생산하기 위하여, 처리된 플라스터는 수용성 슬러리를 형성하기 위하여 물과 결합될 수 있다. 상기 공정 (300)에 따라 처리된 플라스터는 처리되지 않은 플라스터와 비교할 때 감소된 물 요구량(즉, 유동성 슬러리를 형성하는데 물이 덜 요구되는 것)을 나타내는 것이 밝혀졌다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 처리된 플라스터는 비처리된 플라스터보다 약 3%에서 약 40% 적은 물과 결합될 수 있다. 예를 들면, 비처리 플라스터가 슬러리를 형성하기 위하여 플라스터 100g당 약 78 ml 의 물이 요구될 때, 처리된 플라스터는 슬러리를 형성하기 위하여 플라스터 100g당 약 75 ml 의 물이 요구된다.

물과 다양한 첨가제를 혼합한 후, 슬러리를 몰드에 붓고, 페이퍼 시트(paper sheet) 사이에서 형성되고, 벽 표면에 적용되거나 또는 바닥에 붓고, 표면상에 또는 몰드 내에 펌프되고 분사되고, 그리고 경화되도록 둘 수 있다. 상기 공정 (300)에 따라 처리된 플라스터로 만들어진 슬러리는 보통 더 높은 물 요구량을 가지는 플라스터와 관련된 이로운 특성을 나타냄이 밝혀졌다. 즉, 상기 공정 (300)에 따라 처리된 플라스터로 만들어진 슬러리는, 유체이고, 건조비용을 감소시키고, 분산제 비용을 감소시키고, 경화시 강하고, 캐스팅에서 좋은 디테일을 제공하고, 낮은 용해 염 레벨을 가지고 있으며, 그리고 긴 몰드 수명을 가지고 있다. 또한, 수화 곡선에서 초기 경화 또는 지연된 최종 경화 없이, 짧은 경화시간을 위한 촉진제에 잘 반응하는 것을 보여줌으로서 효과적인 제조공정을 가능하게 한다.

실시예

실시예 1 : 천연 석고 반수화물 플라스터의 처리

실험실 규모의 연속 소성로 소성은 세 종류의 천연 석고 샘플을 사용하여 수 행되었다; 저순도 샘플 LP2 (USG, Chicago, USA), 석고 보드 생산에 사용되는 고순도 석고 샘플 HP1, 및 고순도 미세분말 석고 Terra Alba (TA) (USG, Chicago, USA). 세 종류 석고 샘플의 소성 온도는 각각 160℃, 160℃ 및 165℃ 이며, 이는 처리공정에서 초기 플라스터 온도에 해당한다. 이 소성로는 앞선 연구에서 전 세계에 현재 사용되는 소성로 생산의 정확한 모델임을 보여주었다. 이러한 플라스터의 석고상 분석은 순도 레벨이 전 세계에서 일반적으로 사용되는 전형적인 것으로 고려되는 범위로 확장하는 것임을 나타낸다. 실험실 소성로 장치의 도면이 도면 2에 도시되어 있으며, 하기에 기재되어 있다.

처리 공정은 도면 4에 도시된 바와 같이 압력용기(pressurized vessel)를 사용하여 수행되었다. 이러한 압력용기는 증기유입을 위하여 입구부(inlet port)에 구비된 내부 직경이 3인치인 수직 파이프(vertical pipe), 내부 압력을 모니터하기 위한 압력 게이지(pressure gauge), 및 처리 후에 압력을 낮추기 위한 베출부(vent port)로 구성된다. 물질이 처리 챔버(treatment chamber)를 통하여 흐를 수 있도록, 큰 밸브들이 상기 처리 챔버(treatment chamber)에 부착되어, 바닥 밸브(bottom valve)가 닫히고, 플라스터가 상부 오픈 밸브(top open valve)를 통하여 부어지며, 그리고 상기 챔버가 압축되도록 상부 밸브(top valve)가 닫힌다. 처리가 완료된 후, 테스트를 위한 플라스터를 방출하기 위해, 상기 챔버는 굽어지고, 바닥 밸브(bottom valve)는 열린다.

처리 장치가 플라스터의 높은 온도를 유지할 수 있도록, 소성로로부터 방출된 플라스터가 상부 밸브(top valve)상의 저장 영역(storage area)에 곧바로 떨어지도록 처리 챔버(treatment chamber)를 위치시킨다. 또한, 전체 처리 장치는 스테인레스 스틸 처리 챔버(treatment chamber) 및 초기 저장 영역(storage area) 주변을 둘러싸는 히팅 테이프(heating tape)의 사용으로 높은 온도를 유지한다. 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 플라스터의 첨가전에 상기 쳄버의 전체 온도는 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공되었다. 상기 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 40 psi _g 및 20 psi _g 의 압력에서의 테스트에서, 처리 시간의 효과를 결정하기 위하여, 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

샘플은 0분부터(즉, 챔버를 압력까지 올린 후 즉시 낮추고) 30분까지의 체류시간 후에 획득한다.

플라스터 샘플은 하기의 결과와 같이 상 조성이 분석되었다.

스팀처리에서 반수화물로 전이된 플라스터 내에 발견되는 적은 약의 잔류 석고와 함께, 화학분석은 상 분석에 단지 많지 않은 변화만 나타냈다. 또한, 반수화물 샘플이 가용성 무수화물을 포함하는 때에는, 상기 처리는 반드시 이의 전부가 아니라 이의 일부를 반수화물로 전이시켰다. 수용성 무수화물이 수증기를 포함하려는 높은 경향에도 불구하고, 처리 후의 일부 수용성 무수화물을 포함하는 샘플은 여전히 상당한 물 요구량의 감소를 나타내었다.

모든 경우에서, 증가된 처리 시간은 이에 상응하는 잔류 석고 함량의 증가 없이 물 요구량을 감소시켰다.

실시예 2 : 다른 석고 형태

오늘날 북아메리카에서 사용되는 석고의 상당량은, 일반적으로 배출가스 탈황석고(flue gas desulfurization gypsum) 또는 디설포석고(desulfogypsum)라고 불리는, 석탄발전소로부터 발생되는 이산화황을 포함하는 배출가스의 세정공정에 의하여 생산되는 합성석고이다. 배출가스 탈황석고 (LDSG)의 샘플은 Sarnia, Ontario 근처의 OPG Lambton generating station의 상업적 석고 보드 공장으로부터 얻었다. 실시예 1과 관련하여, 처리 공정은 160℃의 소성온도 (다시한번, 이는 초기플라스터 온도임을 유의한다)에서 실험실 연속 소성로에 의하여 제조된 소성된 플라스터가 제조되도록 수행하였다. 플라스터가 상기 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 플라스터의 첨가전에 챔버의 전체 온도는 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 40 psig에서의 테스트에서, 처리 시간의 효과를 결정하기 위하여 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다. 이러한 테스트의 결과는 하기와 같다.

상기 새로운 처리 공정은 처리 시간을 증가하여 물 요구량을 감소시킴으로서 합성석고에서도 잘 수행된다. 다시 한번, 상기 공정은 가용성 무수화물 및 잔류 석고를 반수화물로 전이시켜 두 물질의 함량을 감소시켰음에 유의한다.

실시예 3 : 압력 처리 및 시간 처리

앞서 샘플들은 증가된 처리 시간과 함께 이에 상응하는 기계 혼합 물 요구량(machine mix water demand)의 감소가 증가됨을 나타내었다. 스팀 처리의 전체 압력이 물 요구량 감소율 및 정도에 영향이 있는지 측정하기 위하여, 또한 다른 압력으로도 테스트를 수행하였다. 연속적으로 제조된 실험실 규모의 소성로 플라스터를 다양한 시간과 압력하에 처리하였다. 결과는 하기와 같다. MB는 수분 평형 측정(moisture balance measurement)을 나타내며, 전체 무게 감소는 200℃까지 샘플에 가열시의 퍼센트로 표시하였다.

처리공정은 180℃ 및 146℃의 소성온도 (다시한번, 이는 초기플라스터 온도이다)에서 실험실 연속 소성로에 의하여 제조된 갓 소성된 플라스터를 제조하기 위하여 수행하였다. 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 플라스터의 첨가전에 챔버의 전체 온도는 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하며, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 40 psi _g 및 60psi _g 에서의 테스트에서, 처리 시간의 효과를 결정하기 위하여 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 180℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 스팀 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다. 146℃에서 제조되는 플라스터의 경우, 47 psi _g 이상에 적용된 스팀은 응결조건을 나타낼 것이며, 스팀은 플라스터에 응결되면서 플라스터를 약 150℃의 보일러 온도로 가열할 것이다.

다른 형태의 소성 및 다른 석고 샘플을 테스트한 모든 경우에서, 높은 압력일수록 낮은 물 요구량을 나타내었으며, 긴 처리 시간일수록 낮은 물 요구량을 나타내는 것임이 밝혀졌다.

기재된 모든 경우에 있어서, 플라스터에의 응결을 촉진하지 않도록, 스팀 압력은 바람직하게는 플라스터의 온도(소성온도에 의하여 결정되는) 보다 낮은 것으로 생각되는 이슬점에 상응하는 압력에서 공급된다는 점이 강조된다. 예를 들어, 60 psi _g 에서 스팀은 153℃에서 응결된다. 따라서, 180℃ 플라스터 온도에서는, 어떠한 조건들에 의하더라도 응결이 일어나지 않을 것으로 기재된다. 또는, HP1의 마지막 3개의 실시예(146℃ 플라스터 온도, 5,10 및 20분에서 처리된)에서, 스팀 응결 온도는 플라스터 온도이상이다. 이는 플라스터가 60℃ 이하로 식히게 되면, 반수화물을 다시 석고로의 바람직하지 않은 전이를 촉진하는, 플라스터 층의 수증기 응결조건을 만들 것으로 예상된다. 그러나, 상 분석 측정은 비 응결 상황과 유사하고, 물 요구량도 다른 실시예처럼 감소하였다. 유리수분(free moisture)에서 적은 증가가 관찰되었다.

실시예 4 : 다른 소성 공정

이러한 공정이 다른 소성공정과 잘 수행되는 것임을 증명하기 위하여, USG No1 Moulding Plaster 샘플을 실시예 1-3과 동일한 방법으로 처리하였다. 이러한 샘플은 전형적인 베타 플라스터로 시장에 제공되었고, 아마 대량 연속 소성로로 생산되었을 것이다. 이러한 플라스터는 100g 당 약 70-75 ml의 보통의 기계 혼합 물 요구량을 가진다. 슬러리를 4인치 높이와 2인치 직경의 파이프에 붓고, 테이블로부터 그것을 들어 슬러리가 파이프로부터 흐르게 하여 (일반적으로 보드 플랜트 슬럼프 테스트(board plant slump test)로 불린다) 유동 특성을 측정하였다. 이 경우, 분산은 플라스터 100g 당 75 ml 로 기계 혼합 슬러리 샘플로 측정하였다. 상기 플라스터는, 스팀처리시 스팀이 플라스터에 응결되는 것을 피할려는 시도로, 스팀처리 전에 150℃로 가열하였다. 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 플라스터의 첨가전에 챔버의 전체 온도는 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 40 psi _g 에서의 테스트에서, 처리 시간의 효과를 결정하기 위하여, 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 150℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

이러한 테스트의 결과는 하기와 같다. 처리된 상업적 No1 Moulding Plaster는 처리 후에 훨씬 넓은 확산성을 가진다.

또 다른 소성 방법으로서, 실시예 1에서와 같은 석고 HP1으로 트레이 소성(tray calcination)을 수행하였다. 트레이 소성에서, 1 kg 의 석고분말을 17인치×11인치 베이킹 트레이상에 확산시켰고, 140℃에서 6시간동안 오븐에 두었다. 즉시 비처리 트레이 소성 물질을 처리 챔버(treatment chamber)에 첨가하고 보고된 시간 및 압력에서 처리하여, 처리된 샘플을 제조하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력은 모니터되었고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하며, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 36 psi _g 에서의 테스트에서, 처리 시간의 효과를 결정하기 위하여 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 150℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 온도 이상인때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

상당한 수용성 무수화물이 존재할 때, 수용성 무수화물의 반수화물로의 발열 전이 결과로 플라스터 온도는 상승되는 것임이 주목되었다. 이러한 온도 상승이 일어나는 동안 챔버가 닫혀있으면, 챔버 및 플라스터 온도는 다소 상승할 것이나, 이러한 화학 변화로부터 예상되는 정도로만 상승할 것이다.

유사하게, 실험실 규모의 소성로 장치에서 고순도 HP1 석고를 예비-가열된 소성로에 첨가함으로서 50분 이상 120℃를 유지하여, 뱃치 소성(batch calcination)을 수행하였다. 소성을 1시간 10분동안 더 계속하였다. 총 2시간 후에, 소성 순환의 끝을 의미하는, 소성로 내의 온도가 빠르게 증가하기 시작하였다. 그 결과, 소성로는 155℃가 되었다. 뱃치에서 대략 9kg의 플라스터가 제조되었다. 다시, 비처리 뱃치 소성된 물질이 소성공정에 의하여 여전히 뜨거운 처리 챔버(treatment chamber)에 첨가되었고, 기재된 바와 같이 처리하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 155℃이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하고, 스팀을 목표 압력에 도달될 때까지 추가하였으며, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 이러한 압력은 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 53 psi _g 에서 5분동안 유지하였다. 150℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 온도 이상인때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

이러한 공정은 다른 일반적으로 사용되는 베타 반수화물 플라스터를 만들기 위한 소성공정에 의하여 제조되는 플라스터와 잘 수행될 것으로 기대된다.

실시예 5 : 다른 플라스터 분석

다른 소성 공정들은 다른 양의 수용성 무수화물을 제조하며, 상온에서 대기중의 수증기를 흡수함으로써 수용성 무수화물이 다시 반수화물로 전이될 수 있음이 알려져 있다.

이 실시예에서, 비처리 플라스터에서 발견되는 수용성 무수화물의 정도를 증가시키기 위하여, 세 다른 온도(1600 C, 1800 C 및 19O0 C)에서, 세 종류의 디설포석고(desulfogypsum ;LDSG) 소성을 수행하였다. 이러한 세 종류의 플라스터는, 물 요구량에 대한 전체적인 효과를 결정하기 위하여, 본 발명의 공정에 의하여 처리하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력은 모니터되었고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 40, 58 및 65 psi _g 에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 150℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 온도 이상인때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

천연 석고 HP1 을 사용하여 소성을 반복하였다. 이러한 실시예에서, 비처리 플라스터에서 발견되는 수용성 무수화물의 정도를 증가시키기 위하여, 두 다른 온도 (1550 C 및 1700 C)에서, 두 종류의 디설포석고(desulfogypsum ;LDSG) 소성을 수행하였다. 이러한 두 종류의 플라스터는, 물 요구량에 대한 전체적인 효과를 결정하기 위하여, 본 발명의 공정에 의하여 처리하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력은 모니터되었고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 58 psi _g 에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 150℃에서 만들어진 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열된다.

이러한 연구의 결과는 하기와 같다.

실시예 6 : 촉진제에 대한 반응 및 경화 특성

베타 반수화물의 사용에 있어서 중요한 한가지 특성은 슬러리를 빠르게 경화시킬 수 있는 것이다. 가장 일반적으로, 용해된 반수화물의 결정 입자(seed crystals)의 역할을 하는 고운 석고 분말을 첨가하는 것으로 경화시간이 촉진된다. 포타슘 설포네이트(potassium sulfate)와 같은 화학 촉진제 또한 사용되나, 종종 건조에서 표면에의 높은 수용성과 표면으로 이동하는 성질의 결과로, 응용에 다른 문제점이 있다.

상기 기재된 실험실 규모의 소성로 장치에서, LDSG 및 HP1을 사용하여 두 종류의 소석고(calcined gypsum) 샘플을 제조하였다. 상기 LDSG 는 175℃에서 소성하였고, 상기 HP1은 155℃에서 소성하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 약 40-45 psi _g 및 60 psi _g 에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열된다.

플라스터들은 다양한 처리 정도 뿐만 아니라, 처리없이 샘플화되었다. 경화시간의 촉진에 분말석고가 얼마나 효과적인지 결정하기 위하여, 다른 분말 석고 촉진제의 첨가 정도에서, 경화시간을 측정하였다. 슬리리 경화시 수화곡선에서 98%의 온도가 상승하는데 요구되는 시간으로 기록되는 경화시간 측정이 이루어졌다. 모든 측정은 나타난 물 요구량에서 이루어졌다.

하기의 결과는, 처리된 샘플의 경화시간은 플라스터 무게에 대하여 3%의 나프탈렌 설포네이트(naphthalene sulfonate) 분산제가 첨가된 동등한 비처리 샘플과 비교할 때 근소한 정도로 느려짐을 보여주나, 이는 더 많은 분말 석고 촉진제 부분의 첨가로 쉽게 조절될 수 있다. 앞선 실시예들은, 처리공정은 잔류석고함량을 감소시킨다는 것을 보여주었고, 이로 인하여 석고의 일부 첨가는 동등한 경화시간을 달성하기 위하여 필수적일 수 있다는 것은 놀라운 것이 아니다.

전형적인 알파 반수화물, USG(Chicago USA)의 Hydrocal로 비교되었다. 하기 표의 결과로 보여지는 바와 같이, 상당량의 촉진제를 첨가된 알파 반수화물을 사용한다고 하더라도 1000초 이하의 경화시간은 달성되지 않았다. 촉진제를 두 배로 하여 응결시간은 1664초로 감소되나, 더 많은 촉진제가 첨가된다고 하더라도 그 경화시간보다 단축되지 않았다.

반수화물을 더 고운 입자크기로 가는 것이 경화시간을 줄인다는 것이 알려져 있으나, 하기 결과에 기재된 바와 같이, 3시간동안의 Hydrocal의 볼밀로도 경화시간은 단지 1400초로 단축되었다.

본 발명의 공정의 이점을 추가로 증명하기 위하여, 처리된 플라스터의 동일한 순도 및 물 요구량에서, 알파 및 베타 반수화물의 혼합물의 경화특성을 비교하였다. 처리된 샘플과 동등한 효과적인 혼합 물 요구량을 달성하기 위하여 LDSG 및 HP1과의 다른 혼합율에서, 이러한 비교가 수행되었다.

일 실시예에서, 325g의 비처리 HP1 베타 플라스터(100g 당 물 요구량 81 ml)가 75g의 USG Hydrocal(100g 당 물 요구향 40 ml)와 블렌드되어, 100g 당 73 ml의 물 요구량을 가지는 81% 베타, 19% 알파 블렌드가 되었다. 이러한 결과를 동등한 100g 당 73 ml의 물 요구량을 가지는 처리된 샘플(140초, 45 psi _g )과의 비교는, 상기 블랜드는 더 느리게 경화하는 경향을 나타내고, 최대 상승률에서 수화 퍼센트 또한 더 느리다는 것을 보여주었다. 소성된 HP1 샘플의 경우, 처리된 플라스터의 98% 수화시간 대 비처리 98% 수화시간은 112.5% 이하인 반면, 상기 동등한 물 요구량과 촉진제 사용의 알파/베타 블렌드는, 블렌드의 98% 수화시간이 비처리된 샘플의 120.6%로 나타났다.

다른 실시예에서, 160g의 비처리 LDSG 베타 플라스터(100g 당 물 요구량 88 ml)가, 228g의 Denscal Gypsum B5(Georgia-Pacific, Atlanta, GA, USA) 알파 플라스터(100g 당 물 요구량 40 ml) 및 12g의 "Grow Lime" 칼슘 카보네이트(All Treat Farms Ltd., Arthur, Ontario, Canada)와 블렌드되어, 100g 당 57 ml의 물 요구량을 가지는 40% 베타, 60% 알파 블렌드가 되었다. 처리된 것과 블렌드 혼합물이 동등한 온도 상승을 가진다는 것을 확실히 하기 위하여, 상기 칼슘 카보네이트는 동등한 전체 혼합 석고 순도를 달성하기 위하여 첨가하였다. 4g의 촉진제로 알파 베타 블렌드가 나타낸 약 1200초의 동등한 98% 수화수간을 달성하기 위하여, 처리된 LDSG 플라스터는 단지 1g의 촉진제가 필요하였다. 요구된 최종 경화 시간을 달성하기 위하여, 수화의 마지막 근처에서 훨씬 느린 경화로 인하여, 상기 알파/베타 블렌드는 경화 공정을 더 일찍 시작하여야 한다. 경화 공정에서의 수화율은 온도 상승 수화 곡선의 기울기를 측정함으로서 측정될 수 있다. 최대 기울기에서. 처리된 플라스터는 63.8%의 수화율을 나타낸 반면, 상기 알파/메타 블렌드는 단지 49.6%를 나타내었다.

실시예 7 : 압축 강도 특성

반수화물을 물과 함께 분사하게 되면, 비록 반수화물에 석고를 생성시키지만, 플라스터의 물 요구량을 감소시킬 수 있음이 알려져 있다. 반수화물이 소성과정 동안 충분할 정도로 가열되면, 석고가 플라스터의 물 요구량을 감소시키는 불용성 무수화물로 전이되는 것 또한 알려져 있다. 물 요구량의 감소라는 이점이 있지만, 이러한 공정에 의하여 생성되는 석고와 무수화물은, 남아있는 반수화물과 동등한 정도로 경화 플라스터의 전체 강도에 기여할 수 없다. 소성후 플라스터 처리와 관련된 앞선 특허들이 이 문제들을 다루었으며, 이러한 처리의 해로운 개선된 강도에의 효과를 감소시키는 방법을 제공하였다. 물 요구량을 감소시키는 가장 일반적인 방법은 응결괸 나프탈렌 설포네이트와 같은 혼합물을 더욱 유동적으로 만드는 분산제를 사용하는 것이다. 이러한 물질은 건조된 경화 석고의 강도에 최소한의 효과만 가지는 것으로 알려져 있다.

이러한 공정의 압축강도에 대한 효과를 테스트하기 위하여, 물 플라스터 비가 상업적으로 이용가능한 나프탈렌 설포네이트 분산제, Diloflo GS20; GEO Specialty Chemicals Inc.의 40% 고체 용매 Lafayette (IN, USA); 본 발명에 따라 원래 물 요구량이 100g 당 66 ml 인 유사한 TA와 비교되는 3분 60 psi _g 로 처리된 플라스터를 사용하여 비율이 조절된 비처리 TA 플라스터(100g 당 물 요구량 80 ml) 로 조절되어 만들어진 2인치 큐브로 측정하였다. 두 큐브 경화에 사용되는 혼합 물 요구량은 100g 당 68 ml 였으며, 건조된 큐브의 무게와 압축강도는 하기 표에 기재된 바와 같다.

실험실 규모의 연속 소성로에서 165℃의 소성온도(다시한번, 이는 플라스터 온도를 나타냄을 유의한다)로 소성된 천연 석고 TA로부터 제조된 갓 소성된 플라스터로 처리 공정을 수행하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 60psig에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다.

다른 실시예는 고순도 석고 HP1으로부터 제조된 플라스터를 사용하였다. 실험실 규모의 연속 소성로에서 155℃의 소성온도(다시한번, 이는 플라스터 온도를 나타냄을 유의한다)로 소성된 천연 석고 HP1으로부터 제조된 갓 소성된 플라스터로 처리 공정을 수행하였다. 플라스터의 첨가전에 챔버의 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 스팀은 150℃에서 보일러 작동에 의해 제공하였다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하고, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 60 psi _g 에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 플라스터가 이러한 온도 이상인 때부터, 스팀은 플라스터 온도로 과열된다.

이러한 HP1 플라스터는 100g 당 83 ml의 비처리 물 요구량을 가지고 있으나, 다시 한번 물 플라스터 비가 상업적으로 이용가능한 나프탈렌 설포네이트 분산제, Disal GPS; Handy Chemicals Ltd. (Candiac, Quebec, Canada)의 고체 분말로 조절된 큐브 혼합물에서 사용되었다. 처리된 HP1으로 표시된, 비교를 위한 샘플은, 83 물 요구량의 비처리 샘플 38% 및 100g 당 63 ml 물 요구량의 3분 60 psi _g 로 처리된 샘플 62%의 블렌드이다. 두 큐브의 물 요구량은 유사하게 100g 당 68 ml이다.

양 비교에서, 처리된 경우에 촉진제의 양은 강도에 경화시간의 효과를 표준화하기 위하여 더 많은 촉진제를 포함하도록 조금 변경될 수 있다.

이러한 결과에서 나타난 바와 같이, 이러한 처리 공정의 사용을 통하여, 큐브의 강도에는 어떠한 영향도 없다.

실시예 8 : Pilot 장비의 공장시험

비처리 플라스터를 산출하기 위해서, 총 규모 15 피트 직경 연속 생산 소성로를 사용하여, 공장시험(plant trial)을 수행하였다.

시험-규모의 20kg 수용량 처리 챔버를 공급하는, 전열된 6 인치 직경 30 RPM 회전 스크류 conveying system을 사용하여, 소성로로부터 플라스터 배출의 대표적인 흐름은 일반 생성 공정으로부터 바뀌었다. 처리 챔버에 들어가기 전의 플라스터 온도는, 최소한의 식힘이 일어난 것을 나타내는 139℃ 내지 144℃였다. 상기 시험-규모 처리 챔버는, 상기 기재된 실험실 규모의 장치와 유사하게, 2개의 반구, 팽창식 씰(inflatable seal), 볼 밸브(ball valves), 상부 밸브가 열려있고 하부 밸브가 닫혀있는 동안 상부로부터 챔버로 들어가는 비처리 플라스터 샘플 유입구를 구비한 상부 및 하부 실린더 챔버로 설계하였다. 처리 순환동안, 양 밸브는 닫혀있고, 스팀은 측정된 처리 잔류시간 동안 65 psi _g 의 최대 증기압을 가지는 산업 보일러로부터 상기 챔버에 추가하였다. 이 시스템에서, 적용되는 스팀 압력을 정확하게 조절하기 위하여, 압력 조절장치가 보일러와 스팀 공급 입력부가 처리챔버(treatment chamber)에 추가된다. 상기 챔버는 또한, 하나의 처리부터 다음 처리까지 재생성될 플라스터의 양을 유지하기 위하여, 상기 챔버내의 전체 플라스터 처리량을 나타내도록 사용되는 충진량 표시기(fill level indicator)를 갖추고 있다.

사용된 석고 천연 물질은 실시예 1의 HP1로 기재된 천연 석고와 동등하다. 소성로 소성 온도는 시간당 30톤의 전형적인 연속 플라스터 생성률에서 수행되는 147℃이다. 플라스터는 상기 소성온도와 매우 가까운 온도에서 사용되었다. 플라스터의 첨가전에 챔버 전체 온도는, 플라스터가 압력챔버에 의하여 식혀지지 않는 것을 확실히 하기 위하여, 대략 소성온도이다. 목적한 증기압을 주기 위하여, 압력 조절기로 약 160℃에서 40 HP 보일러 작동에 의해 스팀이 제공된다. 챔버 내부 압력을 모니터하였고, 스팀은 목표 압력에 도달될 때까지 추가하며, 압력을 유지하기 위해 필요한 만큼 채웠다. 포화 스팀 조건을 가정한 챔버 내부의 최소 스팀 온도를 정하는 28 psi _g , 약 40 psi _g 및 약 60 psi _g 에서 이러한 압력을 다양한 시간동안 유지하였다. 147℃에서 플라스터가 만들어진 후 28 psi _g 및 40 psi _g 에서의 처리에서 플라스터 온도는 스팀온도 이상이 되었고, 상기 스팀은 플라스터 온도로 과열되었다. 그러나, 약 60 psig에서 수행된 처리는, 플라스터 내에 어느 정도 응결과 함께 스팀에 의해 약 153℃로 가열된 플라스터를 만들었다.

실시예 1 및 3의 실험실 규모의 결과와 유사하게, 적용된 처리공정에서 압력의 정도를 증가시킴에 따라(압력 또는 처리시간), 초기 비처리 플라스터의 물 요구량은 감소하였다. 대부분의 경우에서, 감소된 수용성 무수화물 및 감소된 잔류 석고 함량의 경향이 관찰되었다.