CN102745923B - 一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可提高产品强度、简化工序、质量稳定的利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，该方法生产的α型半水石膏的原料混合料由工业副产石膏、转晶剂、分散剂、晶种和水组成，其工艺步骤简捷，直接利用工业副产石膏，既不需要将粉状原料压制成球或块，也不需要加水制成料浆，而是将混有晶种和转晶剂、分散剂水溶液的工业副产石膏混合料直接蒸压处理制取α型半水石膏；蒸压处理与干燥作业都在同一蒸压釜内相继进行，结晶转化良好，干燥运行稳定，产品质量优良；半干法蒸压处理，效率高，能耗低，成本低。因此，本发明的利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法具有很好的应用前景。

Description

一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法

技术领域

本发明涉及到生产α型半水石膏的工艺方法，具体地讲，涉及到一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法。

背景技术

石膏是一种“绿色”的材料，在建筑业和其他工业中有着广泛的应用。石膏在生产过程中能耗低、环境污染少，可以回收处理循环使用，因而，石膏产业有着良好的发展前景。尤其是当前电力、化工等工业生产过程排放大量的副产石膏，例如燃煤电厂烟气脱硫产生的脱硫石膏，磷肥产生的副产物磷石膏，陶瓷厂产生的副产物陶模石膏，以及其他化工厂产生的钛石膏，柠檬石膏等等。中国工业副产石膏的年排放能力已近亿吨，堆积占地，污染环境，如能综合利用，可以成为发展循环经济的重要资源。

石膏是一种气硬性胶凝材料。二水石膏在一定的条件下脱水可以制得半水石膏即：CaSO₄·1/2H₂O。半水石膏与水混合后可以制得一定强度的硬化体，因而广泛用于建筑建材工业。半水石膏有α型和β型两种晶形，两种半水石膏的水化硬化体的物理力学性能有很大的差别。建筑石膏，大多以β型半水石膏为主，一般抗压强度在5～15MPa；在一些条件下，例如：模具、流平地面、玻璃纤维增强石膏制品等方面需要更高强度的石膏硬化体，α型半水石膏的抗压强度可以达到25～100MPa，因而，以α型半水石膏为主的的石膏也称为α型高强石膏。

α型半水石膏要在100℃以上饱和蒸气条件下才能生成，以天然石膏为原料生产α型半水石膏已有多年的历史，主要有三种类型生产方法：

一、蒸压法，即干法：是最早采用的工业化生产方法。是将天然石膏破碎成块置于蒸压釜内，然后通入饱和蒸气，使其在120～160℃温度的蒸汽压力下，经过5-10小时左右的蒸压处理，转变成为α型半水石膏。再通过干燥，磨细得到α型高强石膏粉。

该方法工艺简单，单釜生产能力较大；但是产品质量较差，质量波动大，一般强度在30MPa左右。

二、压力溶液法，即湿法：是将天然石膏经过破碎磨细后，与水混合制备成料浆，并加入一些能够促使结晶转化的外加剂或称为转晶剂，然后将料浆加入带有蒸汽夹套的蒸压反应釜内，一面进行搅拌，一面在夹套内通入蒸汽进行加热，使釜内达到120-160℃的温度的蒸压条件下，经过3-6小时左右反应后，二水石膏转变成为结晶良好的α型半水石膏。然后排汽降压，放出料浆进行脱水、洗涤、干燥和磨细，制得α型高强石膏粉。

该方法提供了良好的固液相反应条件，可以生产优质的α型半水石膏，强度可以达到30～100MPa。但是此法工艺比较复杂，生产效率较低，生产能力较小，因而能耗和生产成本都较高。

三、常压盐溶液法：是将磨细后的二水石膏与加有转晶剂的盐溶液混合，加入到反应容器内在常压条件下进行煮沸，使二水石膏转变成为α型半水石膏。然后经脱水，洗涤和干燥，制得α型高强石膏粉。

该方法不需要压力容器，可以减少设备投资。但是工艺条件严格，反应时间较长，产品强度不高。目前还处于实验室试验阶段，还未见到工业化生产的实例。

工业副产石膏一般呈潮湿粉状，附着水较多，并含有一些杂质，但是二水石膏含量较高，尤其是脱硫石膏，一般二水石膏含量达到90％以上，具有品位高、有害杂质少的特点。如能利用脱硫石膏，磷石膏等副产石膏生产α型高强石膏粉，不仅可以提高副产石膏的附加值，也是扩大副产石膏利用的良好途径。

为此，国内外不少研究者对利用工业副产石膏制取α型半水石膏进行了研究工作。不论蒸压法、压力溶液法还是常压盐溶液法都取得了一些成果。但是都还存以下难以克服的问题：

1、利用蒸压法生产，在反应釜内蒸压处理时间较长，生产效率低，生产成本较高，影响了副产石膏利用的价值；需要把粉状副产石膏预先成球，物料反应很不均匀，质量波动很大。

2、利用压力溶液法，需要进行液固分离，不仅工艺复杂，而且极易引起部分半水石膏的水化，造成质量损失。

3、利用常压盐溶液法，工艺条件严格，反应时间较长，转晶剂消耗量大。而且，需要进行脱水，洗涤和干燥等工艺，极易引起部分半水石膏的重新水化，造成强度损失，产品强度不高。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种可提高产品强度、简化工序、质量稳定的利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法。

实现本发明的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法是：

一、原料混合料的选用及配制

原料混合料由工业副产石膏、转晶剂、分散剂、晶种和水组成，并按下列重量(％)配制：

工业副产石膏：90.90-98.89％；

转晶剂：0.10-1.00％；

分散剂：0.01-0.10％；

晶种：0-3.00％；

水：1-5.00％。

所述的工业副产石膏是以二水硫酸钙(CaSO₄.2H₂O)为主要成分，纯度在85％以上，附着水含量在5-15％的脱硫石膏、磷石膏、陶模石膏、钛石膏及柠檬石膏。

所述的转晶剂是指可以促进晶形转化，形成α型半水石膏的物质。转晶剂是有机羧酸，如富马酸、马来酸、酪酛酸、酒石酸、油酸、丁二酸；有机酸盐，如柠檬酸钠、松香酸钠、木质磺酸钠；二价或三价金属离子的无机盐，如硫酸铝、氟硅酸镁、硫酸镁。

所述的分散剂是一类可以降低系统表面张力，促进转晶剂渗透和分散的表面活性剂。分散剂是离子型或非离子型的表面活性剂，如：木质磺酸盐、萘磺酸盐、烷基磺酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述的晶种是经细磨后的α型半水石膏粉，细度小于150目。可以帮助晶核的形成，促进结晶的转化。

所用的水是洁净饮用水，用于配置转晶剂和分散剂溶液。

二、生产工艺步骤

原料混合料的选用及配制完成后进行的工艺步骤是：

(一)首先将转晶剂、分散剂分别加水配置成为水溶液，再将工业副产石膏、晶种与转晶剂和分散剂水溶液一起混合均匀成为半干态混合料，混合料附着水总含量≤20％；

(二)将混合料加入釜内后，关闭加料口，混合料一面被搅拌运行，一面被逐渐加热，物料中的附着水蒸发形成饱和蒸气，在釜内温度达到120～160℃，蒸汽压力达到0.20～0.60MPa，恒温蒸压处理0.5-2.5小时后，二水石膏脱水转化为α型半水石膏。

(三)蒸压处理完成后，开启排汽阀，排汽降温降压，压力降到常压，维持温度在100-120℃进行干燥作业，直至物料完全干燥后打开出料阀出料。

(四)干燥的物料送入磨机进行细磨即可制得α型半水石膏粉成品。

采用本发明的利用工业副产石膏生产α型高强石膏的方法，具有显著的优点：

(1)工艺简捷，直接利用工业副产石膏，既不需要将粉状原料压制成球或块，也不需要加水制成料浆，而是将混有晶种和转晶剂、分散剂水溶液的工业副产石膏混合料直接蒸压处理制取α型半水石膏。

(2)蒸压处理与干燥作业都在同一蒸压釜内相继进行，结晶转化良好，干燥运行稳定，产品质量优良。

(3)半干法蒸压处理，效率高，能耗低，成本低。

本发明的利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，既不需要预先将原料干燥再压制成球块或加水制成料浆，也不必在蒸压处理之后进行液固分离。在简化工艺的前提下，利用工业副产石膏粉状物料颗粒细小的特点，缩短了蒸压反应时间和干燥时间，提高了产品质量。

因此，本发明的利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法具有很好的应用前景。

具体实施方式

实现本发明的具体实施方式是：

一、首先进行原料混合料的选用并按下列重量(％)配制：

脱硫石膏：纯度93％，附着水10％，94.32％；

转晶剂：柠檬酸钠0.01％+硫酸铝0.85％；

分散剂：木质磺酸钠  0.08％；

晶种：α型半水石膏粉，细度小于150目 1.48％；

水：清洁饮用水  3.26％；

二、原料混合料选定后按下列生产工艺步骤进行：

(一)将作为转晶剂的柠檬酸钠0.01％+硫酸铝0.85％、作为分散剂的木质磺酸钠0.08％溶解于3.26％水，配制成为水溶液；将脱硫石膏和晶种加入混料机内进行搅拌混合，同时加入转晶剂、分散剂水溶液，搅拌均匀成为半干混合料。

(二)将混合料加入蒸压反应釜内，关闭加料口，启动蒸压反应釜搅拌桨叶，在夹套内通入蒸汽开始加热，控制蒸汽压力，调节加热温度，使反应釜内混合料逐步升温度，附着水蒸发后釜内蒸汽压力也随之升高，逐步升高达到155℃，压力达到0.55MPa，恒温60分钟；

(三)开启排汽阀进行排汽降压，当釜内压力降到常压，维持温度为110℃，转入干燥作业，继续运行直到物料完全干燥；

(四)当物料完全干燥，没有水蒸汽排出，即可打开出料阀门进行出料；出料冷却后，在磨机内细磨后即得α型半水石膏，检验45℃干燥抗压强度可以达到50MPa以上。

Claims (9)

1.一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：

一、原料混合料的选用及配制：

原料混合料由工业副产石膏、转晶剂、分散剂、晶种和水组成，并按下列重量(％)配制：

工业副产石膏：90.90-98.89％；

转晶剂：0.10-1.00％；

分散剂：0.01-0.10％；

晶种：0-3.00％；

水：1-5.00％；

二、生产工艺步骤

原料混合料的选用及配制完成后进行的工艺步骤是：

(一)首先将转晶剂、分散剂分别加水配置成为水溶液，再将工业副产石膏、晶种与转晶剂和分散剂水溶液一起混合均匀成为半干态混合料，混合料附着水总含量≤20％；

(二)将混合料加入釜内后，关闭加料口，混合料一面被搅拌运行，一面被逐渐加热，物料中的附着水蒸发形成饱和蒸气，在釜内温度达到120～160℃，蒸汽压力达到0.20～0.60MPa，恒温蒸压处理0.5～2.5小时后，二水石膏脱水转化为α型半水石膏；

(三)蒸压处理完成后，开启排汽阀，排汽降温降压，压力降到常压，维持温度在100～120℃进行干燥作业，直至物料完全干燥后打开出料阀出料；

(四)干燥的物料送入磨机进行细磨即可制得α型半水石膏粉成品。

2.根据权利要求1所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：所述的工业副产石膏是以二水硫酸钙为主要成分，纯度在85％以上，附着水含量在5～15％的脱硫石膏、磷石膏、陶模石膏、钛石膏及柠檬石膏。

3.根据权利要求1所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：所述的转晶剂是指可以促进晶形转化，形成α型半水石膏的物质。

4.根据权利要求3所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：所述的转晶剂是有机羧酸，有机酸盐及二价或三价金属离子的无机盐中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：所述有机羧酸是富马酸、马来酸、酪酛酸、酒石酸、油酸或丁二酸；所述有机酸盐是柠檬酸钠、松香酸钠或木质磺酸钠；所述二价或三价金属离子的无机盐是硫酸铝、氟硅酸镁或硫酸镁。

6.根据权利要求1所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于，所述的分散剂是一类可以降低系统表面张力，促进转晶剂渗透和分散的表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于，所述的分散剂是离子型或非离子型的表面活性剂。

8.根据权利要求6所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于，所述的分散剂是木质磺酸盐、萘磺酸盐、烷基磺酸盐或脂肪醇聚氧乙烯醚。

9.根据权利要求1所述的一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的工艺方法，其特征在于：

一、首先进行原料混合料的选用并按下列重量(％)配制：

脱硫石膏：纯度93％，附着水10％，94.32％；

转晶剂：柠檬酸钠0.01％+硫酸铝0.85％；

分散剂：木质磺酸钠0.08％；

晶种：α型半水石膏粉，细度小于150目1.48％；

水：清洁饮用水3.26％；

二、原料混合料选定后按下列生产工艺步骤进行：

(一)将作为转晶剂的柠檬酸钠0.01％+硫酸铝0.85％、作为分散剂的木质磺酸钠0.08％溶解于3.26％水，配制成为水溶液；将脱硫石膏和晶种加入混料机内进行搅拌混合，同时加入转晶剂、分散剂水溶液，搅拌均匀成为半干混合料；

(二)将混合料加入蒸压反应釜内，关闭加料口，启动蒸压反应釜搅拌桨叶，在夹套内通入蒸汽开始加热，控制蒸汽压力，调节加热温度，使反应釜内混合料逐步升温度，附着水蒸发后釜内蒸汽压力也随之升高，逐步升高达到155℃，压力达到0.55MPa，恒温60分钟；

(三)开启排汽阀进行排汽降压，当釜内压力降到常压，维持温度为110℃，转入干燥作业，继续运行直到物料完全干燥；

(四)当物料完全干燥，没有水蒸汽排出，即可打开出料阀门进行出料；出料冷却后，在磨机内细磨后即得α型半水石膏，检验45℃干燥抗压强度可以达到50MPa以上。