CN104144895A - 形成基于石膏的产品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了形成基于石膏的产品的方法。所述方法包括如下步骤：将水和石膏的混合物在容器内在升高的温度和压力的条件下煅烧以在其中产生α-半水合物浆料；将所述α-半水合物浆料从所述容器传到混合器用于与另外的水混合以产生能凝结的浆料，所述能凝结的浆料被安排凝结以形成所述基于石膏的产品。
Description
本发明涉及形成基于石膏的产品的方法。
石膏作为硫酸钙二水合物形式的原料天然地存在。包含石膏的产品，例如石膏灰泥板(糊墙纸板，plasterboard)，是通过如下制备的：形成经煅烧的或经脱水的石膏即硫酸钙半水合物与水的混合物，以形成能凝结的浆料，所述能凝结的浆料然后被浇铸成预定的形状。所述半水合物与水反应并变得再水合成二水合物晶体，所述二水合物晶体然后固化或干燥至固体状态。
已知石膏的半水合物形式取决于煅烧过程，且分类为两种基本形式：α-半水合物和β-半水合物。β-半水合物典型地通过如下形成：将石膏在大气条件下加热，以驱除任何水分和化学结合的水以形成经干燥的晶体，所述经干燥的晶体可然后被研磨成细的粉末。由于经研磨的晶体在形成浆料时的迅速再水合，在石膏墙板或石膏灰泥板的制造中，β-半水合物长期以来是受偏爱的半水合物。然而，得自β-半水合物的石膏产品典型地是软的且β-水合物需要大体积的水以产生所需的浆料流动性。
α-半水合物通过如下形成：将石膏在压力下加热以类似地除去与其结合的水。然而，发现与得自β-半水合物的石膏相比得自α-半水合物的石膏产品更硬且包括更高的强度和密度。
必须在石膏浆料中使用显著量的水以确保浆料的合适的流动性。不幸地，该水的大部分必须最终通过加热驱除，由于在加热过程中使用的燃料的高的成本，这是昂贵的。加热步骤也是耗时的。已知α-半水合物具有比β-半水合物显著低的水需求量，意味着如果α-半水合物可在制造墙板时使用，其将显著减少水需求量且因此减少制造墙板所需的费用和时间。这是与α-半水合物有关的进一步优点。
然而，在石膏墙板的生产中，α-半水合物未在商业上普遍使用，这主要是由于其与β-半水合物相比更低的水合速率，这将因此要求板沿着生产线更慢的通过。
WO2007/084346公开了α-型石膏的生产方法。将石膏浆料递送到高压釜中，在高压釜中，将石膏浆料在3-4巴的压力下典型地加热至约280°F(约137℃)的温度并转化成α-半水合物。所述浆料经由压力降低阀离开高压釜并递送到闪蒸罐，在闪蒸罐中，将其冷却并收集过量的蒸汽。
US2008/0069762公开了用于制造α-灰泥(stucco)和β-灰泥的共混物的方法。所述方法包括其中将石膏浆料在反应器中保持在例如149℃的温度和例如3.4-4.8巴的压力的浆料煅烧步骤。经部分煅烧的石膏产品作为包括硫酸钙二水合物和α-硫酸钙半水合物的浆料从反应器排出并进料到储槽，其充当收集器(holding tank)并允许在浆料的压力下降至大气压力时释放蒸汽。浆料然后从储槽排出并进料至脱水单元，所述脱水单元除去水以产生经脱水的含固体物的产物和被除去的水物流。经脱水的产物具有2-6重量％自由水水分含量。将经脱水的产物进料到处于使经脱水的产物中的石膏的大部分或全部转化成β硫酸钙半水合物的条件的板灰泥罐式煅烧炉。
根据从第一方面看的本发明，提供形成基于石膏的产品的方法，所述方法包括如下步骤：
将水和石膏的混合物在容器内在升高的温度和压力的条件下煅烧以在其中产生α-半水合物浆料；
将所述α-半水合物浆料从所述容器传到混合器用于与另外的水混合以产生能凝结的浆料，所述能凝结的浆料被安排凝结以形成所述基于石膏的产品。
有利地，所述方法消除与能凝结的浆料的常规形成有关的对于半水合物的干燥的需要，并因此减少所述方法的能量需求量。而且，与β-半水合物相比与实现α-半水合物能凝结的浆料的期望的流动性有关的减少的水量提供进一步的能源节省，因为在石膏产品的干燥期间必须除去的水更少。
优选地，所述煅烧步骤包括用水和石膏充分地填充所述容器，以便所述容器基本上无自由空间，使得防止在石膏的煅烧期间产生的水蒸发。
优选地，所述升高的温度包括在110℃-170℃、优选120℃-150℃、更优选130℃-140℃范围内的温度。
典型地，根据操作温度调节压力，使得操作压力对应于在所述操作温度下的蒸汽的蒸气压。优选地，所述升高的压力包括在2-8巴、更优选3-5巴范围内的压力。
所述方法优选地进一步包括在所述煅烧步骤之后冷却所述α-半水合物浆料的步骤。典型地，冷却所述α-半水合物浆料的步骤在使所述α-半水合物浆料仍保持在约2-8巴的升高的压力的同时发生。典型地，冷却所述α-半水合物浆料的步骤使用热交换器实施。优选地，将所述α-半水合物冷却至低于100℃，例如90℃的温度。
优选地，在冷却所述α-半水合物浆料的步骤之后，使所述浆料减压至1巴(即大气压力)的压力。
典型地，所述方法进一步包括在降低作用于所述α-半水合物浆料的压力的步骤之后将水与(从)所述α-半水合物浆料充分地分离的步骤。这可例如使用带式过滤器或离心分离器即水力旋流器进行。优选地，在这种情况中，将分离的水循环用于与新鲜量的石膏的混合物，以引入到所述容器中从而开始进一步的煅烧过程。在这种情况中，包含在分离的水内的热能减少对于加热所述容器以实现例如110℃-180℃的升高的温度的需求。
在将水与(从)所述α-半水合物浆料分离的情况中，剩余浆料的自由水含量典型地为1-30重量％、优选5-30重量％、更优选8-30重量％。
优选地，所述方法进一步包括研磨所述α-半水合物浆料以减小其中的粒子的尺寸的步骤。认为所述α-半水合物浆料的研磨导致α-半水合物颗粒更大的反应性，以提高在形成能凝结的浆料的步骤期间的α-半水合物颗粒的水合速率。研磨所述α-半水合物浆料的步骤可使用湿式研磨技术实施。在这种情况中，所述研磨可在50℃或更高、优选70℃或更高、更优选80℃或更高的温度下实施。
用于在所述煅烧阶段期间控制所述α-半水合物颗粒的尺寸的方法是本领域中已知的且可用作所述研磨步骤的替代物或者除了所述研磨步骤之外还可使用所述方法。
优选地，在将所述α-半水合物浆料从所述煅烧容器传到所述混合器的步骤期间，将所述α-半水合物浆料的温度保持在70℃或更高。通过将所述α-半水合物浆料的温度保持在该水平，认为可避免所述α-半水合物颗粒水合形成能凝结的石膏产品，直至所述α-半水合物浆料进入所述混合器中。优选地，将所述α-半水合物浆料的温度保持在80℃以上、更优选85℃以上。
另外，合乎需要的是，将所述α-半水合物浆料从所述煅烧容器传到所述混合器的步骤不应花太长时间，以进一步避免所述α-半水合物颗粒的水合直至所述颗粒进入所述混合器中。典型地，将所述α-半水合物浆料从所述煅烧容器传到所述混合器所花的时间少于120分钟、优选少于60分钟、更优选少于30分钟。
认为，在所述混合器中添加冷水(例如约20℃-30℃)用于与所述α-半水合物浆料混合将迅速地降低所述α-半水合物浆料的温度，以促进所述α-半水合物颗粒水合形成能凝结的石膏产品。
所述方法进一步包括向所述混合器内的半水合物浆料添加一种或多种另外的添加剂，例如促进剂和发泡剂。
优选地，所述基于石膏的产品包括石膏板。
根据从第二方面看的本发明，提供形成基于石膏的产品的方法，所述方法包括如下步骤：
将水和石膏的混合物在容器内在升高的温度和压力的条件下煅烧以在其中产生α-半水合物浆料；
将所述α-半水合物浆料从所述容器传到混合器用于与另外的水混合以产生能凝结的浆料，所述能凝结的浆料被安排凝结以形成所述基于石膏的产品，其中所述α-半水合物浆料在不经历干燥阶段的情况下从所述容器传到所述混合器。
所述第二方面的方法的优选特征可包括所述第一方面的方法的优选特征的一个或多个。
现在将仅通过示例的方式和参考附图描述本发明的实施方式，所述附图提供与根据本发明的实施方式的方法有关的步骤的示意图。
参考附图，根据本发明的实施方式的方法包括如下的初始步骤：以约1份石膏对1.5份水的比例形成水和石膏10的混合物20，在加压器30中对所述混合物加压并通过热交换器40(例如水/水热交换器)对其进行预先加热。然后将所述混合物引入煅烧容器50中，例如通过泵或以长的水管(水柱，watercolumn)进行。随后将所述混合物加热至在130℃-140℃范围内的温度并将容器50加压至在3-5巴范围内的压力。用所述混合物充分地填充容器50以除去其中的任何自由空间，使得防止容器50内的水和主要的得自所述石膏的煅烧的水蒸发和因此逃脱容器50。
在所述煅烧阶段之后，使用热交换器40将所得的水和α-半水合物浆料60的混合物冷却至约90℃的温度，在减压器70中减压并传到分离单元80，在其中所述半水合物浆料与水充分地分离。将所述水从分离单元80循环回到容器50以在进入容器50之前对随后的水和石膏进行预先加热并因此减少与混合物的加热有关的能量需求量。将包括约6％水的α-半水合物浆料从分离单元80传到混合器90，用于所述浆料的随后的后处理，其包括添加水100和任选的添加剂，例如促进剂110(用于减少凝结时间)和发泡剂120以产生能凝结的浆料。然而，还设想所述后处理可进一步包括研磨所述半水合物浆料(例如在螺纹磨床140中)以在将所述α-半水合物浆料引入到混合器90中之前减小设置在其中的粒子的尺寸。在这点上，所述半水合物浆料在不经历任何干燥阶段的情况下传到混合器90以实现所需的流动性和凝结特性，由此减少在制造所述石膏产品时的能量需求量。而且，由于与实现β-半水合物能凝结的浆料的期望的流动性所需要的水的量相比实现所述α-半水合物能凝结的浆料的期望的流动性所需要的水的量减少，所得的包括30-40％水的能凝结的浆料(其然后被传到生产线130用于随后的石膏产品例如石膏灰泥板的制备)需要更少的固化。由于α-半水合物典型地具有比β-半水合物慢的水合速率，α-半水合物浆料的凝结时间典型地比β-半水合物浆料长。因此，在石膏板的制造中，当使用α-半水合物浆料时通常合乎需要的是，具有较长的形成带以为浆料的凝结提供充分的时间。
Claims (17)
1.形成基于石膏的产品的方法，所述方法包括如下步骤：
将水和石膏的混合物在容器内在升高的温度和压力的条件下煅烧以在其中产生α-半水合物浆料；
将所述α-半水合物浆料从所述容器传到混合器用于与另外的水混合以产生能凝结的浆料，所述能凝结的浆料被安排凝结以形成所述基于石膏的产品。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括如下步骤：降低所述α-半水合物浆料的水含量以提供来自所述α-半水合物浆料的分离的水物流。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所述煅烧步骤包括用水和石膏充分地填充所述容器，以便所述容器基本上无自由空间，使得防止在石膏的煅烧期间产生的水蒸发。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述升高的温度包括在110℃-170℃范围内的温度。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述升高的压力包括在2-8巴范围内的压力。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，进一步包括在煅烧所述水和石膏的混合物的步骤之后冷却所述α-半水合物浆料的步骤。
7.根据权利要求6的方法，其中将所述α-半水合物浆料冷却至低于100℃的温度。
8.根据权利要求6或权利要求7的方法，包括在冷却所述α-半水合物浆料的步骤之后的使所述浆料减压的进一步的步骤。
9.根据权利要求8的方法，进一步包括使所述分离的水物流循环以在进入所述容器之前对进一步的石膏进行预先加热。
10.根据权利要求8或权利要求9的方法，其中在降低所述α-半水合物浆料的水含量的步骤之后，所述α-半水合物浆料的水含量位于1-10重量％的范围内。
11.根据任一前述权利要求的方法，进一步包括研磨所述α-半水合物浆料以减小其中的粒子的尺寸的步骤。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述α-半水合物浆料从所述容器传到所述混合器的步骤包括将所述α-半水合物浆料的温度保持在70℃以上的步骤。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述α-半水合物浆料从所述容器传到所述混合器所用的时间少于120分钟。
14.根据任一前述权利要求的方法，进一步包括向所述半水合物浆料添加水。
15.根据权利要求14的方法，进一步包括向所述混合器内的所述半水合物浆料添加一种或多种添加剂，例如促进剂和/或发泡剂。
16.根据任一前述权利要求的方法，其中所述基于石膏的产品包括石膏板。
17.形成基于石膏的产品的方法，所述方法包括如下步骤：
将水和石膏的混合物在容器内在升高的温度和压力的条件下煅烧以在其中产生α-半水合物浆料；
将所述α-半水合物浆料从所述容器传到混合器用于与另外的水混合以产生能凝结的浆料，所述能凝结的浆料被安排凝结以形成所述基于石膏的产品，其中所述α-半水合物浆料在不经历干燥阶段的情况下从所述容器传到所述混合器。
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