CN105417975A - 一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，针对脱硫石膏采用预烘干和煅烧炉煅烧的两段生产工艺进行生产，确定了脱硫石膏煅烧工艺的最优参数；本发明根据脱硫石膏的综合利用问题，提出一种低成本、高品质的煅烧工艺、并对煅烧后的脱硫建筑石膏及其在墙体材料中的应用进行研究，推进脱硫石膏的广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于石膏制备技术领域，特别涉及一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法。
背景技术
脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙。烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径约40～60μm，颗粒呈短柱状，径长比在1.5～2.5之间，颜色呈灰、黄，二水硫酸钙含量较高一般都在90％以上，含游离水一般在10％～20％，其中还含飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。
虽然我国是世界上最大的燃煤国之一，随着经济的发展，二氧化硫排放量伴着燃煤装机量与日俱增，对环境造成了极大的污染。但直到1992年，我国才首次引进了烟气脱硫装置用于重庆珞璜电厂的烟气脱硫，年产烟气脱硫石膏30万吨。自此，全国各电厂陆续引进、建成脱硫设备。关于脱硫石膏的研究始于80年代末，缺乏深度、系统性，难以形成工业化规模。
在我国，脱硫石膏主要用于以下几个方面：水泥缓凝剂；肥料；改造苏打盐碱地；路基回填材料；生产充填尾砂胶结剂等，
2010年以来，我国每年脱硫石膏排放量达850万吨以上。这不仅占用大量土地，而且严重污染环境。据研究，脱硫石膏很多品质可以和天然石膏相媲美，脱硫石膏还可被应用于生产刨花板、纸面石膏板、石膏空心砌块、石膏、α半水石膏等，具有很大的开发价值，通过适当的工艺处理，可作为建筑石膏使用。虽然，阻碍脱硫石膏应用发展的因素多种多样，但“节能减排”要求大力发展烟气脱硫技术，加强对脱硫副产物脱硫石膏的利用；高效地利用脱硫石膏，使之变废为宝，已成为新时期下符合我国可持续发展战略的重要研究方向。
目前，现有的脱硫石膏的脱硫技术一般采用湿法脱硫，用此法生成的脱硫石膏经真空皮带脱水机脱水后含有10-15％左右的游离水，其缺点是在物流过程中易出现堵塞、结块、喂料难、计量不准等缺点，在低温条件下还会出现冰冻，所以需要特殊的技术工艺对其进行处理；现有技术中还有一种脱硫石膏气流烘干煅烧工艺，主要是将脱硫石膏经粉碎和烘干、干燥、脱水之后进入除尘系统进行除尘等工艺步骤；该工艺具有能耗高，产量低，工艺复杂，设备投资大，成本高的缺点。
本发明旨在根据脱硫石膏的综合利用问题，提出一种低成本、高品质的煅烧工艺、并对煅烧后的脱硫建筑石膏及其在墙体材料中的应用进行研究，推进脱硫石膏的广泛应用。
发明内容
本发明根据脱硫石膏的特性，提出一种低成本、高品质的煅烧工艺，将其转化为符合国家建筑石膏标准的脱硫建筑石膏。并通过研究筛选适合于脱硫建筑石膏的各种外加剂，提高其各方面的性能，拓展其在墙体材料中的应用。
发明的内容：煅烧工艺参数的选择：通过差热分析确定合适的煅烧温度区间，在选定区间内选择不同的温度将经过预处理之后的脱硫石膏进行煅烧，对比测试结果，选出最佳煅烧工艺参数。
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，其特征在于，采用预烘干和煅烧炉煅烧的两段生产工艺进行生产，具体步骤为：
第一步，将脱硫石膏进行预烘干除去游离水分；
脱硫石膏原料由输送带进入干燥器，在50℃温度下烘干时间为2小时；
第二步，将预烘干后的脱硫石膏送入煅烧炉煅烧，煅烧温度为130-170℃，煅烧时间为2-3.5小时；
随后将煅烧完毕后的熟脱硫石膏粉送入磨机研磨至粒径5μm-60μm改性并冷却。
最优的煅烧工艺条件:采用预烘干+煅烧的方法煅烧脱硫石膏的试样性能最好，具体工艺为先在50℃下烘干2h,进而在155℃下煅烧。
也可以将第一步预烘干之后的脱硫石膏直接在135℃-165℃温度下进行炒制2.5-3.5h得到建筑石膏，最优炒制温度为165℃。
采用本发明的脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，不仅能避免因堆放而引起的二次污染问题，还能变废为宝，促进我国燃煤电厂烟气、和钢铁烧结机烟气脱硫事业的进一步发展。符合我国可持续发展与加大节能减排力度的要求，对我国的经济建设和环境保护具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明中针对预处理后的脱硫石膏进行差热分析的DTA曲线；
图2为脱硫石膏的烘干质量-时间曲线；
图3为脱硫石膏的凝结时间-温度曲线；
图4为脱硫石膏的强度-温度曲线。
具体实施方式
以下实施方式进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明提出的脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，采用预烘干和煅烧炉煅烧的两段生产工艺进行生产，具体步骤为：
第一步，将脱硫石膏进行预烘干除去游离水分；
将脱硫石膏原料由输送带进入干燥器，在50℃温度下烘干时间为2小时；这个阶段主要是排出自由水；
第二步，将预烘干后的脱硫石膏送入煅烧炉煅烧，煅烧温度为130-170℃，煅烧时间为2-3.5小时；该阶段为强速均化段，通过转化效应改善材料的相变过程，增加材料中半水石膏的含量，使其相变过程趋于稳定从而达到改善熟石膏的物理力学性能，满足用于石膏制品的质量标准。
随后将煅烧完毕后的熟脱硫石膏粉送入磨机研磨至粒径5μm-60μm改性并冷却。煅烧完毕的脱硫石膏只是颗粒尺寸变小，颗粒分布特征并没改变，级配仍不合理，将导致加水后流变性能不好，颗粒离析，分层严重，制品偏重。因而需要经过研磨改性。
最优的煅烧工艺条件:采用预烘干+煅烧的方法煅烧脱硫石膏的试样性能最好，具体工艺为先在50℃下烘干2h,进而在155℃下煅烧。
关于脱硫石膏预烘干与煅烧工艺参数的确定方法如下：
湿法脱硫生成的脱硫石膏含有10％-20％的附着水分(游离水)，如果直接煅烧，能耗大；而将其干燥后再煅烧，可节约能源。所以先将脱硫石膏，进行自然干燥后，采用先预烘干，再煅烧的二步法工艺煅烧脱硫石膏粉。
(1)差热分析：
在加热过程中，二水石膏中的两个结晶水是分两次脱去的：首先脱去二分之三个水分子生成半水石膏，继续升温，脱去剩余的二分之一个水分子生成无水石膏。两阶段的脱水反应方程式如下：
CaSO4.2H2O——>CaSO4.1/2H2O+3/2H2O(1)
CaSO4.1/2H2O——>CaSO4+1/2H2O(2)
对预处理后的脱硫石膏进行差热分析，其结果见附图1。
通过观察附图1中曲线变化可知，在155℃温度附近脱硫石膏发生的脱水反应(1)，175℃附近发生反应(2)。
(2)脱硫石膏煅烧工艺参数的确定：
a.脱硫石膏的预烘干
将脱硫石膏分成等质量(50g)的若干份，分别在30℃、40℃、50℃、60℃下烘干，每隔0.5h测定其质量变化的实验结果如附图2所示。
由附图2可以看出，50℃烘干2h后，脱硫石膏质量已趋于稳定，说明此时脱硫石膏内部所含游离水基本去除，可以满足煅烧要求。有资料显示，普通二水石膏在55℃左右便开始脱去结晶水而发生相变。从图2中也可以看出，在60℃时，脱硫石膏烘干2h后质量持续下降，说明其已开始脱去结晶水。为此，本发明选用50℃左右温度对脱硫石膏进行预烘干，时间为2h。
b.脱硫石膏的煅烧
将经过预烘干的脱硫石膏粉料分别在不同煅烧温度下煅烧，煅烧时间以恒重标准确定。对煅烧产物进行物理、力学性能的测试结果见下表1。
表1、脱硫石膏煅烧产物性能测试结果
为了便于比较表1中脱硫石膏的性能变化趋势，将其转化为曲线图，如图3和图4所示。图3为脱硫石膏的凝结时间-温度曲线；图4为脱硫石膏的强度-温度曲线。
从图3和图4中可以看出，不同温度下煅烧的脱硫石膏试样性能存在较大差异。当煅烧温度低于155℃时，脱水速度慢，内部因温度较低极易含有未转化的二水石膏；当煅烧温度大于155℃时，煅烧产物的性能不升反降。这是由于随着煅烧温度的升高，脱硫石膏脱水速度加快，在石膏这种不良的热导体中，会造成温度表里不一，多相混合的现象。当脱硫石膏在155℃煅烧，其煅烧产物的各项性能最好，且已基本满足国家有关建筑石膏优等品标准的要求(GB/T9776-2008)，可用于制作各类石膏制品。
因此，可以确定最优的煅烧工艺条件如下：
采用预烘干+煅烧的方法煅烧脱硫石膏的试样性能最好，具体工艺为先在50℃下烘干2h,进而在155℃下煅烧。此工艺条件下煅烧的脱硫石膏，初凝时间6min、终凝时间9min、抗折强度3.35MPa、抗压强度7.88MPa，均达到或超过国家关于建筑石膏优等品的性能要求。
以脱硫石膏为主要原料进行墙体材料制备及性能试验研究，分别对所得建筑石膏的细度、凝结时间、2h力学强度等性能进行试验测定。脱硫石膏在135℃、145℃、155℃、165℃分别进行炒制2.5h、3.5h所获得建筑石膏的性能试验，再以最佳炒制条件下炒制的脱硫石膏为主要原料，以水泥、矿渣、粉煤灰、龄期为因素制备复合砌块。结果表明，其细度均达到优等品要求；标准稠度用水量为70％-74％；135℃-165℃炒制3.5h均能得到优质建筑石膏，其中165℃炒制3.5h所得的建筑石膏性能最佳。
通过系统分析研究，确定了低能耗、高效率的脱硫石膏煅烧工艺，通过该工艺生产的脱硫建筑石膏，其各项性能均已满足国家有关建筑石膏优等品的标准要求(GB/T9776-2008)。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，其特征在于，采用预烘干和煅烧炉煅烧的两段生产工艺进行生产，具体步骤为：
第一步，将脱硫石膏进行预烘干除去游离水分；
脱硫石膏原料由输送带进入干燥器，在50℃温度下烘干时间为2小时；
第二步，将预烘干后的脱硫石膏送入煅烧炉煅烧，煅烧温度为130-170℃，煅烧时间为2-3.5小时；
随后将煅烧完毕后的熟脱硫石膏粉送入磨机研磨至粒径5μm-60μm改性并冷却。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，其特征在于，将预烘干后的脱硫石膏送入煅烧炉煅烧，煅烧温度为155℃，煅烧时间为3.5小时。
3.根据权利要求1所述的一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，其特征在于，将第一步预烘干之后的脱硫石膏直接在135℃-165℃温度下进行炒制2.5-3.5h得到建筑石膏。
4.根据权利要求3所述的一种脱硫石膏制备建筑石膏的工艺方法，其特征在于，炒制温度为165℃。
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