CN102249577B - 利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法，该工艺包括原料准备、烘干打散、除尘、煅烧、粉磨等步骤，所采用的原料为经过自然堆放、均化后的柠檬酸石膏。本发明旨在对柠檬酸行业固体废物——柠檬酸石膏进行综合处理再利用，达到变废为宝的目的。同时，利用发电车间的废热——过热蒸汽作为热源烘干柠檬酸石膏，降低了生产成本，提高了企业的清洁化水平。

Description

利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法

技术领域

本发明属于环保领域的固体废物综合处理及再利用，具体涉及一种利用柠檬酸石膏生产建筑石膏的工艺方法。

背景技术

柠檬酸石膏是生产柠檬酸过程中，利用硫酸酸解时产生的一种工业废渣。它的主要成分为二水硫酸钙，含量达95％以上，此外还有二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁等杂质，另外附着40％左右的游离水。柠檬酸石膏由于含有一定的残余酸和有机物(菌丝体)，使生产出的半水石膏强度偏低，凝结时间变长，利用困难，长期以来得不到有效利用而大量堆积对环境造成污染。目前大多数企业采用的普遍做法是征地或租地暂时存储或填埋，不仅占用大量耕地，浪费资源，而且未从根本上彻底解决固废污染问题，造成固废堆积如山，形成一种新型的白色污染或灰色污染。柠檬酸石膏看似一种固体废物，实则是一种非常宝贵的建材资源，如能加以正确利用、综合开发，必将变废为宝。

目前，市场上的石膏粉多是以天然石膏为原料煅烧而成，主要用于石膏板、石膏线条、石膏砌块等领域。近年来，随着建筑领域的飞速发展，天然石膏资源开发严重，甚至到了匮乏的地步，国家也出台了相关政策保护矿产资源。因此，从应用前景来看，化学石膏将取代天然石膏，成为一种新型的建筑材料。从对柠檬酸石膏的检测结果来看，其白度、品位远好于磷石膏和脱硫石膏，可与天然石膏媲美，可加工性能优良。

国内对柠檬酸石膏的综合处理和应用刚刚起步，发展缓慢，尚未形成工业化、规模化的生产。目前，在石膏生产线上普遍采用的工艺有两种，即一步法工艺和两步法工艺。一步法是集干燥、煅烧于一体的处理工艺，石膏原料由送料机送入煅烧炉内，在机械分散力和热风的作用下，沿旋转路线完成闪蒸脱水，达到要求水分后由排料口排出，物料停留时间短，属于快速煅烧，过程不易控制，产品性能不稳定。此外，柠檬酸石膏不同于天然石膏、脱硫石膏和磷石膏，烘干、煅烧一步完成，不利于其最终产品的性能改善。

烘干方式主要有以下几种：1、气流烘干。通常是热烟气与物料直接接触，热效率很高，能耗较低，但物料有所污染；2、回转窑。通常是烟气或导热油作为加热介质，热效率一般，容易粘筒壁，且受热不均匀；3、管束烘干机。目前热效率较高的一种烘干设备，但不适用于石膏物料，结管壁现象严重；4、浆叶加热机。导热油作为加热介质，部分干料返投以降低物料水分，物料受热不均，且水蒸汽较大，不容易及时排出，影响煅烧和除尘系统；5、滚筒烘干机。该类型烘干机体积较庞大，适合高温烟气作介质的物料烘干，物料有所污染。

煅烧方式主要有两种，即快速煅烧和慢速煅烧，快速煅烧的代表是斯德煅烧炉，物料在其内部停留时间短，煅烧效果不好，过烧较多，半水含量较低，产品性能不稳定。因此，发明一种生产方法简单、成本低、无污染的、用回收的柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的方法是非常重要的。

发明内容

本发明提供了一种利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法，该工艺包括原料准备、烘干打散、除尘、煅烧、粉磨，所采用的原料为经过自然堆放、均化后的柠檬酸石膏。本发明旨在对柠檬酸行业固体废物——柠檬酸石膏进行综合处理再利用，达到变废为宝的目的。同时，利用发电车间的废热作为热源烘干柠檬酸石膏，提高了企业的清洁化水平。

本发明的主要技术方案是：包括原料准备、烘干打散、除尘、煅烧、粉磨步骤，其中：

(1)所用原料为经过均化的柠檬酸石膏；所述的均化为物理和化学双重均化；

(2)所述烘干打散和煅烧步骤中，所采用的热源为发电车间的高温尾气；

(3)烘干步骤中采用的烘干方式为快速烘干。

具体工艺步骤如下：

1、原料准备将堆放均化好的柠檬酸石膏输送至进料斗，并经给料机送入气流烘干机；

2、热源冷空气经发电车间高温尾气换热成高温热空气后从烘干机底部进入烘干机内；

3、烘干打散柠檬酸石膏在烘干机内与热空气进行传质换热，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，强化了传热效果；

4、烘干除尘烘干好的物料经二级旋风除尘实现湿气与物料分离，分离下来的物料进入沸腾煅烧炉；

5、煅烧物料经由提升机进入煅烧炉进行连续煅烧；

6、煅烧除尘煅烧好的物料经布袋除尘器处理后直接排放，收集的粉尘送入煅烧炉进料提升机；

7、粉磨煅烧好的物料送入球磨机进行研磨处理；

8、陈化研磨好的物料经提升机送入料仓进行陈化处理，包装。

本发明所采用的柠檬酸石膏原料为细颗粒状，细度为80目左右，白度为85-90％，品位达95％以上。该原料为化学石膏的一种，其性能远好于脱硫石膏、磷石膏，与天然石膏基本相当，可替代天然石膏使用。

采用上述的工艺，首先柠檬酸石膏经过1-3个月的堆放均化，此均化过程为物理和化学双重均化。因为在产生初期由于含水率高，极难处理，但经堆放场物理均化，由于水分流失，从而使其附着水含量降低为14-18％；物理均化过程中通过雨水的大量冲洗可以除去部分有害物质和有机物，提高物料pH值；堆放中的降解作用也可以除去部分有害物质和有机物，提高物料pH值，经均化降解后的pH值为5-7。化学均化过程可以均化晶体性状，使柠檬酸石膏中的半水石膏转化为二水石膏，使得原料均一化，避免生产过程中出现过烧或欠烧现象，提高终产品的性能，使其品位高、白度好，方便下一步的处理。如果原料不经过均化处理，由于附着水含量高，晶体组成不稳定等原因造成下一步的烘干过程中能耗偏高，产量受限，最终获得的产品性能也不稳定。

发明人根据发电车间的生产和工艺，恰好利用发电车间的废热作为热源，对物料进行烘干和煅烧。发电车间排出的尾气是过热蒸汽，其温度为200-250℃。

经过均化的原料进行烘干时，冷空气与发电车间的过热蒸汽采用热管换热器进行热交换，充分利用其潜热，使得过热蒸气换热成高温热空气从气流烘干机底部进入烘干机对物料进行快速烘干，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，使其受热充分、均匀，强化了传热效果；而且采用本方法避免了物料污染。换热后的空气温度为400-450℃，此温度既可以保证物料充分烘干，又避免增加后期煅烧负荷。由于石膏原料经过均化处理，含水量较低，适用于采用气流烘干机快速烘干。发明人根据烘干后的含水率来控制烘干时间，通常18-25min，烘干后附着水含量为≤3％。

烘干完毕，进入二级旋风除尘器进行除尘，一、二级旋风除尘器均为多联结构，此装置适合粉尘量大、含湿量高的气体收尘，尤其是气流烘干。除尘后的尾气经吸收塔进行余热回收后再排放，回收的余热可用于与生产车间其他物料进行换热，以提高物料的温度，充分实现了余热的充分利用。

此工艺煅烧方式采用慢速煅烧，因为柠檬酸石膏不同于天然石膏、脱硫石膏和磷石膏，其结晶水脱除速度非常缓慢，需要一个过程，实验证明，快速煅烧或瞬时煅烧得到的产品组分不均、各项性能指标极差，故而选择慢速煅烧方式。之所以采用沸腾煅烧炉进行煅烧，是由于沸腾煅烧炉是慢速煅烧的形式，其采用导热油作为加热介质，物料在其内部停留时间较长，可达40-60min，有利于半水晶体的形成和整体相组成分布，煅烧相对均匀，产品性能相对稳定，具有较好的强度；而且慢速煅烧处理量大，排气温度远远低于快速煅烧，较之现在常用的快速煅烧法，可以有效的提高产品性能的稳定性，且降低能源的消耗，降低了处理的成本。煅烧温度控制在180-220℃既可以使得煅烧产品性能较理想，避免了严重过烧，又可以降低能耗，煅烧后结晶水含量为4-6％。

由于煅烧排气量小，粉尘含量相对低，所以尾气只需经过布袋除尘器处理后即可达到环保要求，可以直接排放。收集的粉尘再次送入煅烧炉，实现物料回收，避免浪费；同时，此部分物料含二水石膏较多，即并未煅烧好，返回煅烧炉进行二次煅烧，使之成为合格的产品。

经过煅烧除尘处理后的原料送入球磨机粉磨既得产品。采用粉磨，是对煅烧后的物料进行处理，进一步提升其可加工性能和制品性能。

研磨好的物料经提升机送入料仓进行陈化处理。由于煅烧好的石膏粉是混合相，不可避免的存在少量的其他相组分，从而影响终产品的性能，经陈化后一些不良组分如二水石膏和无水石膏会转化成半水石膏，从而提高终产品性能。经实验验证，陈化时间一般为3-7天，在此陈化时间内石膏粉性质比较稳定，质量较好。陈化好的物料进行包装即可。

采用本发明生产的石膏符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求，标准稠度：70-75％，初凝时间5-8min，终凝时间7-10min，2h抗折强度2.2MPa以上，2h抗压强度3.2MPa以上，可以作为合格的建筑用石膏。

综上所述，本发明提供了一种利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法，该工艺包括原料准备、烘干打散、除尘、煅烧、粉磨，所采用的原料为经过自然堆放、均化后的柠檬酸石膏。该发明工艺对柠檬酸行业固体废弃物--柠檬酸石膏进行综合处理再利用，达到变废为宝的目的；同时，充分利用发电车间的废热作为热源，使得热源梯度利用，降低了综合能耗，又减少了燃煤所带来的一系列环保问题，使整个生产过程无烟尘、二氧化硫排放，提高了企业的清洁化水平；所采用的设备结构简单，一定程度上降低了故障率和维修成本，工艺布置力求紧凑，缩短设备间的距离，减少占地面积，同时也节省了投资，综合考虑降低了生产运行成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

其中，1-给料机，2-气流烘干机，3-打散装置，4-热管换热器，5-旋风除尘器，6-引风机I，7-吸收塔，8-烟囱I，9-提升机I，10-沸腾煅烧炉，11-罗茨鼓风机，12-布袋除尘器，13-引风机II，14-烟囱II，15-提升机II，16-球磨机，17-提升机III，18-料仓，19-包装机。

具体实施方式

实施例1

1、将堆放均化1个月的柠檬酸石膏输送至进料斗，并经给料机送入气流烘干机；

2、冷空气经发电车间高温尾气换热成高温热空气后从烘干机底部进入烘干机内，烘干温度为400℃；

3、柠檬酸石膏在烘干机内与热空气进行传质换热，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，强化传热效果，烘干后物料附着水含量为2.46％；

4、烘干好的物料经二级旋风除尘实现湿气与物料分离，分离下来的物料进入沸腾煅烧炉；

5、物料经由提升机进入煅烧炉进行连续煅烧，煅烧温度为180℃，煅烧后物料的结晶水含量5.28％；

6、煅烧好的物料经布袋除尘器处理后直接排放，收集的粉尘送入煅烧炉进料提升机；

7、煅烧好的物料送入球磨机进行研磨处理；

8、研磨好的物料经提升机送入料仓，陈化3天，进行包装。

获得的成品石膏粉指标：标准稠度：75％，初凝时间8min，终凝时间9min，2h抗折强度2.2MPa，2h抗压强度3.3MPa。

实施例2

1、将堆放均化2个月的柠檬酸石膏输送至进料斗，并经给料机送入气流烘干机；

2、冷空气经发电车间高温尾气换热成高温热空气后从烘干机底部进入烘干机内，烘干温度为420℃；

3、柠檬酸石膏在烘干机内与热空气进行传质换热，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，强化传热效果，烘干后物料附着水含量为2.12％；

4、烘干好的物料经二级旋风除尘实现湿气与物料分离，分离下来的物料进入沸腾煅烧炉；

5、物料经由提升机进入煅烧炉进行连续煅烧，煅烧温度为220℃，煅烧后物料的结晶水含量4.00％；

6、煅烧好的物料经布袋除尘器处理后直接排放，收集的粉尘送入煅烧炉进料提升机；

7、煅烧好的物料送入球磨机进行研磨处理；

8、研磨好的物料经提升机送入料仓，陈化5天，进行包装。

获得的成品石膏粉指标：标准稠度：70％，初凝时间7min，终凝时间10min，2h抗折强度2.3MPa，2h抗压强度3.6MPa。

实施例3

1、将堆放均化3个月的柠檬酸石膏输送至进料斗，并经给料机送入气流烘干机；

2、冷空气经发电车间高温尾气换热成高温热空气后从烘干机底部进入烘干机内，烘干温度为450℃；

3、柠檬酸石膏在烘干机内与热空气进行传质换热，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，强化传热效果，烘干后物料附着水含量为1.64％；

4、烘干好的物料经二级旋风除尘实现湿气与物料分离，分离下来的物料进入沸腾煅烧炉；

5、物料经由提升机进入煅烧炉进行连续煅烧，煅烧温度为200℃，煅烧后物料的结晶水含量6.00％；

6、煅烧好的物料经布袋除尘器处理后直接排放，收集的粉尘送入煅烧炉进料提升机；

7、煅烧好的物料送入球磨机进行研磨处理；

8、研磨好的物料经提升机送入料仓，陈化7天，进行包装。

获得的成品石膏粉指标：标准稠度：72％，初凝时间5min，终凝时间7min，2h抗折强度2.5MPa，2h抗压强度4.2MPa。

Claims (3)

1.一种利用柠檬酸石膏生产建筑石膏粉的工艺方法，包括原料准备、烘干打散、除尘、煅烧、粉磨步骤，其特征在于：其步骤如下：

(1)原料准备：柠檬酸石膏经过1-3个月的堆放均化，此均化过程为物理和化学双重均化，将堆放均化好的柠檬酸石膏输送至进料斗，并经给料机送入气流烘干机；

(2)热源：冷空气经发电车间高温尾气-过热蒸汽换热成高温热空气后从烘干机底部进入烘干机内；

(3)烘干打散：柠檬酸石膏在烘干机内与热空气进行传质换热，同时烘干机底部的打散装置不断对物料进行打散，强化了传热效果；

(4)烘干除尘：烘干好的物料经二级旋风除尘实现湿气与物料分离，分离下来的物料进入沸腾煅烧炉；

(5)煅烧：物料经由提升机进入沸腾煅烧炉进行连续煅烧；

(6)煅烧除尘：煅烧尾气经布袋除尘器处理后直接排放，收集的粉尘送入沸腾煅烧炉进料提升机；

(7)粉磨：煅烧好的物料送入球磨机进行研磨处理；

(8)陈化：研磨好的物料经提升机送入料仓进行陈化处理，包装；

所述烘干打散和煅烧步骤中，所采用的热源为发电车间的高温尾气，该尾气是过热蒸汽，温度为200-250℃；

烘干步骤中采用的烘干方式为采用气流烘干机快速烘干；

所述步骤(2)中过热蒸汽采用热管换热器进行换热，充分利用其潜热；

所述步骤(8)中研磨粉陈化时间为3-7天；

采用的原料柠檬酸石膏经堆放陈化后附着水为14-18％，pH值为5-7。

2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述步骤(6)中的煅烧尾气采用布袋除尘器除尘。

3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述步骤(4)中气流烘干除尘后的尾气经吸收塔进行余热回收后再排放。

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