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?! ?.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?! ∶摿蚴嗟钠肺惠^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?! ?.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?! ?.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?! 〗Y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?! ×蠞{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?! £惢瘑栴}: 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。
紙面石膏板作為一種新型的環保建材已經為大眾所接受,其生產能力和市場都在不斷擴大,紙面石膏板的生產技術也已漸趨成熟,板材內在質量趨于穩定,外觀質量不斷改善,一些大企業的產品已經達到了國際先進水平。但是,在紙面石膏板的生產和使用過程中仍然存在一些常見問題,如紙芯粘結性能一直是影響企業生產合格率的主要問題。這一問題一直是各大企業解而不決的問題,主要是因為其受影響的因素多而復雜?! ? 護面紙的影響 1.1紙的透氣性太低。透氣度實際是指紙板的透氣阻力。紙的透氣度主要影響紙面石膏板的成型速度。在同一生產速度下,紙的透氣度越大(指s/100ml表示法),干燥機出來的板材越濕,板材撓度越大。為了保證生產質量就要降低生產速度,降低產量。但如果透氣性過低,石膏板在干燥過程中水分蒸發過快,石膏芯內淀粉中水分的蒸發透過紙芯交界處,遷移到紙中,從而影響了紙、芯的干粘結性能,并使板材變脆?! ?.2紙的吸水性過高或過低。紙的吸水性與護面紙的施膠度有關。石膏水化的過程中,成長的針狀晶體會生長入護面紙中,從而形成與護面紙的良好結合。若施膠過重,紙面相對較硬,不利于晶體的伸入;如果施膠過少,吸水性過大,石膏漿中的水分被大量吸收并很快蒸發,不利于石膏晶體的生長,同樣也會影響紙芯的良好粘結。紙的透氣度多大合適,要視生產線的實際情況而定,不能一概而論。一般,水固比大的生產線應選用定量偏大,吸水性略大的護面紙。一般情況下,水固比60~70的生產線使用定量為220 g/m2的面紙,其吸水性一般為15~20g/m2。紙板定量與吸水性的確定一定要與石膏板的生產工藝、工礦條件相結合。如生產速度,干燥工藝等?! ? 石膏等原料的影響因素 石膏是紙面石膏板生產的主要原料,石膏的性能是影響紙面石膏板各項性能的重要因素。石膏的品位及其雜質含量、建筑石膏的凝結時間以及各種添加劑的使用都會對護面紙與石膏芯的粘結性能產生一定的影響?! ?.1石膏的品位太低 一般,要求天然石膏的品位不低于75%,如果石膏中的二水硫酸鈣含量過低,在石膏板的成型過程中形成的石膏晶體過少,就會影響護面紙與石膏芯的粘結?! ?.2石膏中K+、Na+等雜質的含量 一般情況下,K+、Na+等雜質的含量不會太高,但其對紙面石膏的粘結性能的影響卻很大,因此,一般要求紙面石膏板中的K+、Na+的含量不高于0.02%。如果,石膏中的K+、Na+等雜質的含量較高,在紙面石膏板的成型和干燥過程中,在紙芯結合處形成一層鹽膜。當板材處于溫度較低,濕度較大的環境中時,板材就極易吸水,使得紙芯脫開?! ?.3發泡劑等添加劑的影響 為了改善建筑石膏和紙面石膏板的物理性能,在紙面石膏板的生產中常加入減水劑、發泡劑、調凝劑等添加劑。而這些添加劑的使用也會對板材帶來一定的負面影響。首先,一些添加劑中含有一定量的Na+的無機鹽,這會增加石膏料漿中Na+的積累,在一定程度上影響紙芯的粘結;其次,如果在選用和采購過程中疏忽對添加劑PH值得控制,受其影響,石膏料漿的PH值將會產生波動,而影響料漿的凝結時間和紙芯的粘結性能;另外,發泡劑的泡沫穩定性一直是影響其性能和使用效果的重要指標,而國產發泡劑的此項指標多數處于要求的臨界狀態,如發泡劑的泡沫直徑偏大或者穩定性偏低,在其與料漿混合后形成的大泡較多,更甚至于比較集中,就會造成紙面石膏板的局部粘結不良?! ? 紙面石膏板工藝控制因素的影響 3.1石膏漿太稀,含有大量的大氣泡或水分,造成干燥后,板芯中集中大量的大的空隙或板材過輕,使得石膏晶體與護面紙的接觸點減少,影響護面紙與石膏芯的良好粘結?! ?.2石膏漿的凝結速度太快或太慢,也會對石膏板的紙芯粘結性能產生不良影響。石膏漿應該在趟平板后初凝,在成型皮帶上完成終凝。如若凝結太快,在趟平板前初凝,經過趟平板時,會損傷伸入護面紙的晶體。如凝結太慢,未在成型皮帶上完成終凝,在隨后的輥道輸送中,未成型板材受不斷震動而影響其粘結和切斷,甚至在進入干燥機時板芯與紙還未粘結牢固,進入烘干區后,溫度達到80℃以上時石膏漿體不再繼續凝結,且板內的水分迅速向外蒸發,就會造成紙芯的嚴重不粘?! ?.3干燥速度和溫度不協調,造成板材含水或過燒。伴隨著石膏或建筑石膏性能的變化,應及時調整成型等生產工藝,使其與料性相適應。否則,會造成板材的過燒或欠燒,而板材過燒或欠燒時,均不同程度的表現為紙芯粘結不良?! ? 改性淀粉用量過少或淀粉遷移性不夠?! 〉矸垭m然不是護面紙與石膏芯粘結性的主要影響因素,改性淀粉在石膏中隨著水分的蒸發,而不斷向石膏與紙得交界處遷移,保護界面上石膏晶體不會為過熱所損害,并加強紙與芯的粘結?! ? 發泡劑添加不均勻或發泡劑的泡沫穩定性較差,這種情況多出現局部粘結不良,在泡沫較多或小泡后形成的大空隙處紙、芯易出現粘結不良。發泡劑添加的均勻性與添加方式和混合己的轉速有關;泡沫的穩定性主要與發泡劑本身的性能相關?! ? 結論 影響紙面石膏板紙芯粘結性的因素涉及原料和工藝控制等多個方面,多數情況下是幾個因素綜合作用的結果,難以精確控制,在實際生產中只有結合生產實際情況,選用適合生產工藝的原、輔材料,監測其波動,并及時調整工藝控制指標,達到上下工序的和諧才能盡量的減少紙、芯粘結不良的問題,而提高石膏板的質量和生產效率。
一. 國內外石膏煅燒概況: 石膏石或工業副產石膏是以二水硫酸鈣形式存在,其分子式中有兩個結晶水,只有脫去一個半結晶水生成半水硫酸鈣才有膠凝性質。脫去結晶水的過程即為石膏煅燒。建筑石膏的生產采用干法煅燒石膏工藝,其種類繁多,按加熱方式,分為間接加熱和直接加熱;按煅燒脫水速度,分為慢速煅燒和快速煅燒;按出料方式可分為間歇和連續兩種?! 《? 常用煅燒方式及設備簡述: 1.間接加熱方式: 1.1連續炒鍋: 是帶有橫穿火管的直園形鍋體,由鍋外壁、鍋底及火管將熱量傳遞給鍋內二水石膏,并靠機械攪拌和石膏脫水所產生的水蒸汽及循環熱氣體的攪動,而呈現流態化狀態,在此狀況下二水石膏脫水而成半水石膏,借助溢流原理連續出料。鍋內物料溫度在150℃左右,物料煅燒時間1~1.5小時。屬于低溫慢速煅燒方式。 連續炒鍋煅燒石膏在國內外,都是 成熟技術,生產穩定,易操作,產品質量均衡有保證 。適合煅燒粉狀石膏,若用于工業付產石膏,需增設一套氣流干燥裝置,以除去10%以上的游離水?! ?.2內加熱管式回轉窯: 回轉窯內設有許多內管,管內通熱蒸汽或導熱油,物料在窯內間接受熱,料在窯內停留時間較長,屬低溫煅燒,產品質量均衡穩定。這種方法對于有蒸汽氣源的地方較合適?! ?.3沸騰爐: 立式直筒狀容器,在底部裝有一個氣體分布板,工作時使氣流從底部均勻進入床層,床層內裝有大量的加熱管,管內介質為飽和蒸汽或導熱油,石膏顆粒進入爐膛后,遇熱呈流態狀,同時熱量通過管壁傳遞給管外處于流態化的石膏粉,使之沸騰脫水分解。這一煅燒工藝是國內二十世紀八十年代為配合紙面石膏板生產自行研發制造的。該設備采用低溫煅燒,石膏不易過燒,只要料流穩定,出料溫度控制適宜,成品大部分均為半水石膏。沸騰爐設備小巧,生產能力大,結構簡單,設備緊湊,占地少,能耗較低?! ?.直接加熱方式:或稱氣流煅燒 氣流煅燒即熱氣體與粉料直接接觸,二水石膏迅速脫水而成半水石膏。這種方式熱利用合理,設備緊湊,使用簡單,功效高,適用天然石膏和工業副產石膏。俗稱“氣流煅燒磨”,這種“磨”采用高速旋轉的錘子將物料拋起并擊碎、擊細,同時與氣流相匯,完成干燥、煅燒的過程?! ?.1沙司基打磨: 北京國華杰地公司從德國沙士基打公司配套引進了一套6t/hr煅燒脫硫石膏的設備,該套設備由帶兩個高速旋轉轉子的煅燒爐、旋風分離器和強制式陳化等主要設備組成?,F己運轉2~3年,燃料為重油,屬生產初期尚未達到設計能力,產品可滿足同樣是引進德國砌塊生產線的需求。 該煅燒設備外形體積較小,噪聲低,構造簡單緊湊,產品質量較均衡。該磨在充分消化吸收后,在國內應有較好的發展前景?! ?.2Delta磨: 該磨是沖擊磨,水平方向有兩個室,一個錘磨轉子室,一個是分級器室。料先進入錘磨室,高速旋轉的錘子將料打散并“擊細”,同時與熱氣流相匯,進行干燥和煅燒,熱煙氣將磨細了的料帶入系統內的分級器,旋轉葉片將較大的顆粒甩回錘磨室繼續粉磨,合格細料經高溫收塵器收入料倉?! ?.3斯德動態煅燒爐: 是國內自行研發的氣流煅燒裝置。外形為立式圓柱體,底部帶有打散器的立軸與電機相聯,產生旋轉運動,一個側面的中下部進料,另一側面下部通入熱風,頂部出料至捕集器進行氣固分離后機械輸送至儲料倉?;驹硎牵何锪虾蜔釟怏w快速混合,在爐體軸向產生旋轉運動,使物料與熱載體急速換熱,達到二水石膏脫水的目的,這種方式也可稱旋流式煅燒。特點是:連續作業,熱交換速度快,從進料到出料僅需幾秒鐘?! ?.4彼特磨: 也是一種氣流快速煅燒設備,是集研磨—干燥—煅燒為一體的煅燒設備,是德國CLAUDIS PETERS公司研制的,簡稱彼特斯磨。它是一種環形球磨機,磨機底部為主傳動裝置,帶動下研磨盤旋轉,磨盤上有多個直徑φ600~800mm的空心園球,園球上方是不旋轉的上研磨盤。石膏從上側部進料管送入研磨體的中心部位,(進料粒度可達60毫米。)在離心力作用下,將物料向外推動,推至球體下部與磨環之間被粉碎和研磨。與此同時500~600 ℃的熱氣體由磨體下側方通入磨內,使石膏與熱氣流直接接觸而迅速脫水而成建筑石膏。這種磨可煅燒天然石膏或天然石膏和工業付產石膏混合的石膏。它的特點是:設備體積小,生產效率高,能耗低,產品質量穩定,適合大型連續生產的石膏制品生產線。是應用成熟的石膏煅燒設備之一?! ?. 直熱式回轉窯: 熱介質與石膏物料直接接觸使之脫水而成半水石膏或無水石膏。石膏在小角度傾斜園筒中旋轉前進,熱介質與其同方向或反方向運動,在運動過程中完成石膏脫水,連續喂料及出料即為連續作業,由于直火、要比外燒回轉窯熱效率高,燃料可用氣、油、煤?! ?. 流化床式煅燒爐: 該爐是九十年代澳大利亞RBS速成建筑系統有限公司的產品,稱“RFC流化床式焙燒爐”。流化床式煅燒爐外形為立式園柱體,一側中部進料另一側下部進熱風,爐體下部稱為床,床底部設有氣流分配器,使熱氣流按要求達到不同速度梯度,將石膏粉吹起使之處于懸浮狀態,同時進行熱交換,(該煅燒爐進料粒度≤10毫米)使二水石膏脫水而成半水石膏。嚴格控制床層溫度和氣體壓力,料層溫度梯度小使床層內二水石膏限度地變為半水石膏,保證了產品的質量。該爐屬低溫慢速煅燒,物料溫度130~150℃,在爐內停留40~50分鐘甚至1小時,煅燒產品的相組成大部分為半水石膏,只有極少量的無水石膏Ⅲ和二水石膏,沒有無水石膏Ⅱ?! ∪? 特點淺析: 1. 低溫慢速煅燒: 指煅燒時物料溫度小于150℃,物料在爐內停留幾十分鐘或1小時以上的煅燒方式。如連續炒鍋、流化床式焙燒爐。這種煅燒方式是二水石膏受熱時逐步脫水而成半水石膏,根據二水石膏純度,選定脫水溫度,自控系統將爐內溫度、水蒸汽分壓、物料停留時間等調整到穩定狀態,使煅燒產品質量均一而穩定。其煅燒產品中絕大部分為半水、極少量的無水石膏Ⅲ、二水石膏及無水石膏Ⅱ,結晶水含量一般在5.5~6.0%,個別為>4.0%。煅燒的建筑石膏粉貯存在粉料庫中待用,廣泛用于粉狀、板材等制品?! ?. 快速煅燒: 指煅燒物料溫度大于160℃,物料在爐內停留幾秒鐘的煅燒方式。己在國外應用多年,廣泛用于高速的紙面石膏板生產線和石膏砌塊等產品的生產,效果良好。這種煅燒方式是二水石膏遇熱后急速脫水,很快生成半水或無水Ⅲ,由于料溫較高甚至無水Ⅲ的比例較大,而Ⅲ型無水石膏是不穩定相,在含濕空氣中很容易吸潮而成半水相。因此在這種煅燒方式中有的加冷卻裝置,對于快速煅燒,爐內的氣氛很重要,當爐內熱氣體的含濕量很小時,煅燒的成品物相中無水石膏Ⅲ相對較多,經過冷卻陳化后,相組成有所改變,半水相增加了??焖凫褵绞匠龖{整脫水溫度外,還應根據燃料的種類,計算出燃燒氣體的含濕量,判斷爐內水蒸汽分壓的大小,若很小,則應采取外加濕的方法以提高爐內的氣氛濕度;或采用強制式陳化等措施??焖凫褵怀龅奶攸c是生產效率高、能耗低。生產中通過良好的冷卻陳化環節其產品質量是能得到保證的?! ?.中速煅燒: 這是物料在窯內停留時間在幾分鐘、十幾分鐘,物料溫度在140~165 ℃之間。這種方式介于上二者之間。典型的煅燒設備是回轉窯,早在七十年代中期,我國第 一 條紙面石膏板生產線就采取了這種方式,煅燒的天然石膏為顆粒狀,由于顆粒級配的因素, 產品質量不易均一和穩定。但在窯后選擇較好的粉磨設備再加上良好的陳化措施,產品質量可以保證?! ?. 關于煅燒工業付產石膏的顆粒級配問題: 工業付產石膏以“細粉”狀態存在,如脫硫石膏的顆粒多集中在40~60微米,粒度分布曲線窄而瘦,比表面積小,這種顆粒級配會影響產品質量。解決辦法一是增加“磨細”措施,在煅燒過程中完成脫水和改變顆粒級配二項任務。經過有“擊碎”過程的煅燒產品,其粒度分布曲線大有改變,由窄而瘦變得寬廣了,產品性能得到了改善。因此,在設計煅燒工業付產石膏生產線時要注重“擊碎”過程?! ?. 選擇煅燒方式和設備的原則: 首先是石膏的種類和性狀:是天然石膏還是工業付產石膏;是顆粒狀還是粉狀 ;如果是粉狀,宜選用快速煅燒設備;如果是顆粒狀,則宜選用在窯內停留時間較長的設備?! 〗K端產品的種類:如果是生產石膏建材制品,如各種石膏板材、砌塊等,宜選用快速煅燒設備。因用快速法生產的建筑石膏凝結硬化快,可提高生產效率,加速模具的周轉;如果是生產石膏膠凝材料,如粉刷石膏、石膏粘接劑、石膏接縫材料等,宜選用慢速煅燒設備,因用慢速煅燒的產品凝結硬化較慢,有利于減少外加劑的摻量,降低生產成本;如果兩類產品都生產,則按主導產品選擇。還應權衡比較各類煅燒設備的性價比等綜合技術經濟指標。