脫硫石膏是一種二水硫酸鈣含量較高、細顆粒、含有一定游離水的再生石膏資源。作為一種工業副產石膏,它具有再生石膏的一些特性,和天然石膏有一定的差異。
1.脫硫石膏的質量:
脫硫石膏是對含硫燃料(煤、油等)燃燒后產生的煙氣進行脫硫凈化處理而得到的工業副產石膏。其形成過程是:通過除塵處理后的含硫煙氣導入吸收器中,細石灰或石灰石粉形成料漿,通過噴淋方式在吸收器中洗滌煙氣,與煙氣中的二氧化硫發生反應生成亞硫酸鈣(CaSO3.0.5H2O),然后通入大量空氣強制將亞硫酸鈣氧化成二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O),從吸收器中出來的石膏懸浮液通過濃縮器和離心脫水,產物為二水石膏含量較高,殘余水量在10~20%的潮濕、松散的細小顆粒
脫硫石膏的品位較高,在化學成分特別是在雜質成分上與天然石膏有所差異。在脫硫石膏中常有碳酸鹽、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氧化鈉(鉀)等雜質,某些雜質在超過一定含量時,會影響石膏制品的質量。如某脫硫石膏制品,在較潮濕的環境中,表面曾發生“反霜”現象,該“霜”經過化學分析,其中含MgO,CaO,SO3,x-衍射測出主要物相是MgSO4.4H2O。它的形成是:制品中的MgSO4為可溶性物質,可從制品內部析到表面,當遇到空氣中濕度較大時,吸潮而成鎂鹽,另外當Na2O,K2O含量較高時,也會形成Na2SO4。不同結晶水的鹽類如Na2SO4.10H2O(俗稱芒硝)或CaSO4.K2SO4.H2O復鹽,都會析至制品表面而成白色結晶。這種返霜(返堿)現象不僅影響制品外觀,嚴重的是它會影響石膏與復面層的粘結,如使紙面石膏板護面紙和膏芯脫離,石膏砌塊制品的涂料層表面粗糙甚至脫落,造成產品質量問題。
2.脫硫石膏的顆粒大小與級配
脫硫石膏雖是細顆粒材料,但是比表面積相對較小。顆粒多集中在44.0~60.0μm之內,粒度分布曲線窄而瘦,脫硫石膏粉體雖細但比表面積很小,這種顆粒級配會造成煅燒后建筑石膏加水量不易控制,流變性不好,顆粒離析、分層現象嚴重,制品容重會偏大、不均,嚴重時會影響紙面石膏板的板芯粘結以及其他制品的和易性和保水性能,給生產操作帶來困難。為解決粒度級配和提高比表面積問題,可以從生產工藝上著手。一個辦法是將煅燒后的脫硫石膏增加“磨細”措施,根據煅燒設備選擇合適的粉磨設備,如立式磨,功力磨等;另一個辦法是在選取具有“擊碎”性能的煅燒設備,在煅燒過程中完成脫水和改變粒級的兩項任務。經過磨細改性處理可改變級配比例,但其總體“細小”不能改變,石膏本身又是脆性材料,因此若改變顆粒細小并結構緊密的情況,在制品制造過程中加入不同種類的添加劑如增韌劑、減水劑、發泡劑、調凝劑、防水劑等等,以改善制品的性能。脫硫石膏與天然石膏搭配使用(不同比例)也是辦法之一。
3.脫硫石膏的煅燒及其質量:
對于脫硫石膏的煅燒可采用慢速煅燒和快速煅燒兩種方法,前者可選用連續炒鍋和流化床式煅燒爐,炒鍋要加氣流烘干設備。兩種爐子煅燒時間在1小時左右,溫度在130~150℃,煅燒產品以半水石膏為主,性能均一穩定,符合建筑石膏國家標準要求??焖凫褵墙嗄臧l展的石膏煅燒設備,它是熱氣體直接(少數間接)接觸二水石膏,使之快速脫水而成半水石膏,煅燒溫度在150~170℃,煅燒時間幾分鐘(多則十幾分鐘),這類設備熱利用合理,設備緊湊,功效高,在國外應用較多,煅燒的產品可用于紙面石膏板,石膏砌塊等,煅燒的產品中有半水石膏,無水石膏Ⅲ和少量無水石膏Ⅱ,煅燒產品陳化后可達到建筑石膏要求。在煅燒設備 運行初期應注意下列問題:
相組成:
對于均勻粉末煅燒是易形成單一的相,希望煅燒后大部分為半水石膏相,由于煅燒溫度、時間不是十分均衡,往往煅燒出的建筑石膏常含有無水石膏Ⅲ和Ⅱs,以及二水石膏相。對于不同產品,相組成的要求也不甚相同,總的來講,煅燒后的產品大多數為半水,允許有10%的AⅢ和2%左右的AⅡs和DH。如果產品中AⅢ含量過大(如30%以上)時,說明煅燒溫度過高,俗稱過火,如果DH含量大于5%時,說明溫度過低,俗稱欠火,二者都超量存在時,說明溫度不均勻,所以測定相分析可以判斷煅燒制度是否合理,特別是試生產階段,擬定一組制度后,煅燒的產品立即進行相分析檢查。根據條件,可選擇三相或四相分析法。但相分析檢測的時間較長,少則2天多則4~5天,來不及當時指導生產,但對分析判斷煅燒制度、驗證煅燒技術路線的合理化、可靠性是有指導意義的。
結晶水:
半水石膏中理論結晶水含量為6.2%。對于純度90%的脫硫石膏(含CaSO4.2H2O 90%)百分百脫水成為半水石膏時,其結晶水的含量應在5.5%左右。通過測定煅燒產品的結晶水含量,初步判斷煅燒狀況,例如測定的結晶水為3~3.5%,定性判斷出半水含量少,無水含量大;若測定的結晶水在6~7%時,說明二水含量大。至于各相的具體含量,還要經過相分析檢測結果。但可以定性判斷煅燒溫度的高或低,可以立即調整煅燒溫度,指導試生產。
料漿的物理性能:
半水石膏有很強的水化活性,一般5~6分鐘開始水化結晶,30分基本上水化成二水化合物,兩個小時內全部轉變為二水石膏相。因此用料漿標準稠度和凝結時間來判斷其水化性能。當煅燒出的產品標稠較大,凝結時間較快,而硬化后制品強度較低,膨脹率較大時,初步判斷是無水石膏Ⅲ的含量大;若水化速度慢,水化活性較低,可能無水石膏Ⅱs含量大;二水石膏含量較高時,料漿的凝結時間加快。因此從料漿的物理性能的測試過程中也可初步判斷煅燒的程度。二水石膏品位、煅燒質量、物料粒度等因素都與產品的強度有關,脫硫石膏的二水石膏含量較高,若煅燒質量優良,物料顆粒級配合理,其制品的強度應是較好的。
陳化問題:
剛煅燒的建筑石膏粉,由于含有一定量的無水石膏Ⅲ,Ⅱs和未脫水的二水相,物相組成不穩定,內含能量較高,分散度大,吸附活性高,從而會出現料漿的標稠需水量大,凝結時間不穩定,制品強度低等現象。解決辦法是盡量將AⅢ,DH轉化成半水,這個趨向半水的轉化過程就是陳化。即在潮濕空氣中AⅢ吸收水分,而成半水,熟粉中殘余熱量也可使二水繼續脫水而成半水。其條件是:建筑石膏粉的吸附水小于1.5%時,是AⅢ轉化半水的有效期,若吸附水大于1.5%時,半水就會吸水而向二水轉化,因此陳化條件是很重要的。