CN104685354A - 石膏制造方法改进 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种分析用于制造石膏产品的原料的方法，分析多个石膏产品的方法，以及由此制备的石膏产品。优选地，使用瞬发γ中子活化分析进行原料的分析。

Description

石膏制造方法改进
发明背景
本申请整体上涉及改进的石膏产品及其制造方法。更具体地，其涉及在石膏制造方法中使用元素检测。
在建造住宅和商业建筑中均已经广泛地使用了石膏板。典型的石膏板包含设置在被称为面层的两片纸(例如多层纸)、玻璃纤维毡或硬纸板材料之间的石膏芯。用于墙壁和屋顶材料的石膏板的常规制造是公知的并且通常包括在两个盖面材料层之间形成湿浆料芯层。当将该湿芯固化并且干燥时，得到了坚固的、刚性的并且耐火的建筑材料。
在石膏制造方法、尤其是石膏墙板方法中越来越多的生产和品质要求，导致了对品质控制方法的速度和精度的改进的需要。现有的品质控制方法依赖于从石膏浆料中的提取物采样。然后将这些样品送到单独的实验室以进一步分析。然而，到得到结果的时候，生产作业早已经完成。在历史上，工程师们基于生产具有所需的物理性质的产品通过人工控制原料供给的速率已经克服了这些不足。因此，在所属技术领域保持着对用于制造石膏墙板的改进方法、尤其是将改进石膏墙板的品质和一致性的方法的感受性需求。
发明内容
本申请的实施方案包括分析用于制造多个石膏产品的原料的方法。一般而言，该方法包括使用元素分析仪分析该原料；检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量以改进由该原料制造的多个石膏产品的一致性和品质。理想地，分析第一原料供给流的步骤包括使用在线元素分析仪。
本申请的实施方案还包括用于分析多个石膏产品的方法。一般而言，该方法包括使用包括瞬发γ中子活化分析的元素分析仪分析该多个石膏产品；检测和/或测量该多个石膏产品的品质；以及基于该品质将该多个石膏产品分类以改进该多个石膏产品的一致性和品质。
本申请的其它实施方案还包括在矿山现场分析和分类用于制造多个石膏产品的原料的方法。该方法包括使用包括瞬发γ中子活化分析的元素分析仪在矿山现场分析该原料；检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
在结合几幅附图以及所附的权利要求审阅下述的详细说明后，本申请和所得的专利的这些和其它特征以及改进对于所属技术领域的普通技术人员将变得清楚。
附图说明
图1是石膏板制造方法的示意图。
图2是根据一个实施方案包括可编程控制系统的石膏板制造方法的示意性说明。
图3是根据一个实施方案包括可编程控制系统的石膏板制造方法的示意性说明。
图4是分析用于制造多个石膏产品的原料的方法的示意性说明。
具体实施方式
本申请通过提供用于使用实时过程控制来制造石膏产品的方法满足了上述需求。
一般而言，并且如图4中所示，分析用于制造石膏产品的原料的方法的实施方案包括使用元素分析仪分析该原料；检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量以改进由该原料制造的多个石膏产品的一致性和品质。
在实施方案中，该方法进一步包括根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类的步骤。
在实施方案中，优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤包括以适当的比例混合该原料和一种或多种其它材料以制备具有特定化学组成的原料。
如在此使用的，可以相对于没有使用元素分析而制造的石膏产品测量改进的一致性和品质。在实施方案中，该改进的一致性和品质特征在于多个具有减小的重量变化性、改进的含量均匀性、或其组合的石膏产品。例如，当多个石膏产品的重量变化性小于约150lbs/1000ft2、小于约100lbs/1000ft2、小于约50lbs/1000ft2、或者小于约10lbs/1000ft2时，该多个石膏产品可以以具有减小的重量变化性作为特征。当在多个石膏产品中的目标化学物质的浓度的变化性小于约±10％、小于约±5％、小于约±2％、或者小于约±1％时，该多个石膏产品可以以具有改进的含量均匀性为特征。
现在参考附图，其中贯穿这几幅图相同的数字代表相同的要素，图1显示了用于制造石膏板的方法的总示意图。该方法整体上包括在矿山或采石场提取石膏岩(1)，将岩石压碎成小块(2)，研磨该小岩石以产生很细的、粉笔状粉末(称为石膏粉)(3)，以及加热该石膏粉以从石膏中除去大部分的水，从而产生煅烧的石膏粉(称为灰泥)(4)。将该灰泥和任何其它任选的干组分预混合并且然后供给到混合器。将用于形成浆料的水和其它液体组分(例如肥皂或泡沫，用于控制浆料密度)计量到该混合器中，其中它们与干组分组合形成含水石膏浆料，该含水石膏浆料从该混合器(6)的排出管排出。
在连续的、水平移动的下盖面片(7)上沉积该浆料。可以以所属技术领域已知的方式控制所沉积的浆料的量。由辊供给该下盖面片。在接收石膏浆料之前，将该下面盖片边缘向上折叠。可以根据所属技术领域已知的方法将这些边缘胶粘到石膏浆料上立即施加的重叠部分。
该板以单个连续的块沿着输送线向下移动，在此期间水使灰泥再水化，从而导致其硬化(8)。在输送线的末端，刀片将硬化的板切割为各种不同的长度(9)，可以将该切割长度的板向正面翻转以保护面部的纸或垫(10)，并且然后将其送入窑中以完成干燥过程。然后可以将该石膏板(11)打包以保护板的面，堆放、并且转移到仓库以运输给用户(12)。
尽管在此提供的分析用于制造石膏产品的原料的方法的实施方案特别有效地用于石膏板的制造，但是那些所属技术领域的技术人员应该认识到该方法也可以用于其它类型的石膏产品的制造，包括熟石膏和接头化合物。
本说明书的实施方案通过提供原料的分析以及可编程控制系统以优化原料的组成对上述方法加以改进。可以在从其中获得原料的矿山现场或者在制造石膏产品的过程中在任何合适的点处进行分析原料的方法。例如，在一个实施方案中，在矿山现场，在压碎和/或研磨该原料之后，在煅烧原料之前或之后，或者在形成石膏浆料之前或之后，或者在盖面片上沉积该石膏浆料之前或之后分析原料。
在图2和3中说明了用于在多个石膏产品的制造过程中分析原料的方法的示例性实施方案，其中提供了多个原料供给流，该原料供给流中的至少一个包含石膏。可以在线分析该原料以确定在该方法中任何合适的点处原料供给的实际组成。
可以使用任何可以配置为测量和/或检测并且确定原料供给的实际组成的元素分析仪，其非限制性实例包括瞬发γ中子活化分析(PGNAA)、受控中子分析、X射线荧光、激光光谱或X-射线衍射。在一个实施方案中，该在线分析仪包括PGNAA(这个系统是可获得的，例如来自Thermo Scientific)。可以将该元素分析仪与连接到一种或多种可编程控制器的其它传感器(例如测量设备、转换器等等)组合使用。
在实施方案中，将该元素分析仪配置为测量和/或检测一种或多种化学物质或矿物的量。例如，可以将该元素分析仪配置为测量和/或检测选自石膏(二水硫酸钙)、半水硫酸钙、无水硫酸钙、酸溶物、酸不溶物、有机物、水、盐(例如氯化物盐)、硫、硅酸铝、碳酸钙、及其组合的材料。酸溶物的非限制性实例包括石灰石、砂、页岩、粘土、硅石层状硅酸盐(silica phyllosilicate)或其组合。
然后可以使用可编程控制系统优化该原料中的一种或多种目标材料的量。例如，可以将该可编程控制系统配置为基于该石膏产品的所需目标组成来计算和控制原料供给的配比(即使用泵、阀等等)，或者基于原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或不存在来计算和分类该原料供给(即使用闸和阀等等)。
在一个实施方案中，优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量包括将该原料与一种或多种其它材料混合以得到具有特定化学组成的改性原料。例如，该可编程控制系统可以计量在混合器中添加到该原料的多种其它材料中的一种或多种的添加和量以制备改性的原料。该多种其它材料中的一种或多种的非限制性实例包括淀粉、钾碱、硼酸、促进剂、发泡剂、抑制剂、分散剂及其组合。尽管图2说明了在混合器中向原料添加其它材料，但是所属技术领域的普通技术人员应该知道可以在元素分析仪的工艺下游中的任何合适的点处将该原料和多种其它材料中的一种或多种组合。例如，可以在煅烧该原料之前或之后将该多种其它材料中的一种或多种添加到该原料。
在另一个实施方案中，优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量包括根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。例如，该可编程控制系统可以检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量并且基于该一种或多种目标化学物质的存在和/或量使用一系列闸将该原料转移。通过在矿山或在石膏产品的制造过程中将该原料分类，可以较好地控制所得的石膏产品的组成。例如，在一个实施方案中，可以将该原料分为多个原料供给流，每一个具有各自浓度的二水硫酸钙。然后可以将该原料供给流以所需的比例组合以获得具有特定化学组成的原料(即通过将具有第一浓度的二水硫酸钙浓度的第一原料和具有第二二水硫酸钙浓度的第二原料组合以获得具有特定二水硫酸钙浓度的原料)。
在又一方面，提供了多个经分析的石膏产品。该多个经分析的石膏产品具有改进的一致性，该改进的一致性以减小的重量变化性、改进的含量均匀性、或其组合作为特征。在一方面，可以使用在上文的实施方案中描述的方法所分析的原料制备多个经分析的石膏产品。在另一方面，可以通过方法分析多个石膏经分析的产品，所述的方法包括使用元素分析仪(即瞬发γ中子活化分析)分析多个石膏产品，检测和/或测量多个石膏产品的一致性和品质；以及基于该石膏产品的一致性和品质将该多个石膏产品分类以改进该多个石膏产品的一致性和品质。如在上文中所讨论的，该多个石膏产品的改进的一致性和品质理想地以具有改进的含量均匀性和减小的重量变化性为特征。
所要求保护的方法的实施方案通过提供实时过程控制能力对现有的石膏制造方法加以改进，显著地降低了目前分析来自石膏浆料的样品所需的时间，并且改进了产品品质和一致性。
实施例
示例性实施例1
在图2中说明了分析用于制造石膏产品的原料的方法的示例性实施方案。提供了包含石膏的原料并且在进行元素分析之前将其煅烧。将该元素分析仪配置为检测和测量在煅烧的原料中一种或多种目标化学物质(例如二水硫酸钙)的浓度。配置与该元素分析仪通信的可编程控制系统以计算用于获得所需的煅烧原料组成而所需要的其它原料的量并且控制其计量。例如，该可编程控制系统可以确定在煅烧的原料中的二水硫酸钙的浓度太低，计算必须添加到煅烧的原料的二水硫酸钙的量，以及与控制阀通信以计量在混合器中煅烧的原料中的纯化二水硫酸钙的添加，以在将其用于制造石膏板之前获得具有所需化学组成的改性的煅烧原料。
示例性实施例2
在图3中说明了分析用于制造石膏产品的原料的方法的另一个示例性实施方案。提供了包含石膏的原料并且在将其煅烧之前进行元素分析。将元素分析仪配置为检测和测量该原料中一种或多种目标化学物质(例如二水硫酸钙)的浓度。可以任选地在将其煅烧之前基于其组成将该原料分类。
类似于在图2中说明的实施方案，配置与该元素分析仪通信的可编程控制系统以计算用于获得所需原料组成而所需要的其它原料的量并且控制其计量。例如，该可编程控制系统可以确定在原料中的二水硫酸钙的浓度太低，计算必须添加到原料的二水硫酸钙的量，以及与控制阀通信以计量在混合器中原料中的纯化二水硫酸钙的添加，以在将其用于制造石膏板之前获得具有所需化学组成的改进原料。如在图3中所说明的，在其元素分析后和在其在混合器中用其它材料改性之前可以煅烧该原料。
应清楚的是，前述内容仅涉及本申请以及所得专利的某些实施方案。可以由所属技术领域的普通技术人员在此做出多种变化和改变，而不脱离由下面的权利要求书及其等价物所限定的本发明的总体精神和范围。
本公开的实施方案还涉及下述段落中的任何一个或多个：
1.一种分析用于制造多个石膏产品的原料的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪分析该原料；
检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及
优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量以改进由该原料制造的多个石膏产品的一致性和品质。
2.段落1所述的方法，进一步包括在分析该原料之前压碎和/或研磨该原料。
3.段落1所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤在原料煅烧的上游。
4.段落1所述的方法，其中分析该原料的步骤在原料煅烧的下游。
5.段落1所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤包括根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将原料分类。
6.段落5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括二水硫酸钙。
7.段落5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括半水硫酸钙。
8.段落5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括硫酸钙。
9.段落1所述的方法，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析、受控中子分析、X射线荧光、激光光谱或X-射线衍射。
10.段落1所述的方法，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析。
11.段落1所述的方法，其中将该元素分析仪配置为检测和/或测量一种或多种目标化学物质的量，该一种或多种目标化学物质选自石膏(二水硫酸钙)、半水硫酸钙、无水硫酸钙、酸溶物、酸不溶物、有机物、水、盐、铁、硫、及其组合。
12.段落11所述的方法，其中该酸溶物包括石灰石。
13.段落11所述的方法，其中该酸不溶物包括：砂、页岩、粘土、硅石层状硅酸盐、或其组合。
14.段落11所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤包括混合该原料和一种或多种其它材料，该一种或多种其它材料选自淀粉、钾碱、硼酸、促进剂、发泡剂、抑制剂、以及分散剂。
15.段落14所述的方法，进一步包括在分析该原料的步骤下游和在混合该原料与一种或多种其它材料的上游的原料煅烧。
16.段落14所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤进一步包括：在分析该原料的步骤的下游和在混合该原料与一种或多种其它材料的上游，根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
17.段落16所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质选自二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水硫酸钙、氯化物盐、硫、铁、硅酸铝、碳酸钙、及其组合。
18.段落1所述的方法，其中该方法对于降低石膏产品的元素化学组成的变化性是有效的。
19.由段落1所述的方法制备的多个石膏产品。
20.多个经分析的具有改进的一致性和品质的石膏产品，该石膏产品以减小的重量变化性、改进的含量均匀性、或其组合为特征。
21.段落20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约150lbs/1000ft2的重量变化性。
22.段落20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约100lbs/1000ft2的重量变化性。
23.段落20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约50lbs/1000ft2的重量变化性。
24.段落20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约10lbs/1000ft2的重量变化性。
25.段落20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±10％为特征。
26.段落20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±5％为特征。
27.段落20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±2％为特征。
28.段落20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±1％为特征。
29.段落20所述的多个石膏产品，其中该石膏产品选自石膏板、熟石膏、或接合化合物。
30.一种用于分析多个石膏产品的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪分析该多个石膏产品；
检测和/或测量该多个石膏产品中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量；以及
基于该一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该多个石膏产品分类以改进该多个石膏产品的一致性和品质。
31.一种在矿山现场分析用于制造多个石膏产品的原料的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪在矿山现场分析该原料；
检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及
根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
32.一种分析用于制造多个石膏产品的原料的系统，该系统包括：
配置为检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量的元素分析仪；以及
配置为优化原料供给中一种或多种目标化学物质的量的可编程控制系统。
33.段落32所述的系统，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析、受控中子分析、X射线荧光、激光光谱或X-射线衍射。
34.根据在此提供的任何一个实施方案的方法。
35.根据在此提供的任何一个实施方案的系统。

Claims (33)

1.一种分析用于制造多个石膏产品的原料的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪分析该原料；
检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及
优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量以改进由该原料制造的多个石膏产品的一致性和品质。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括在分析该原料之前压碎和/或研磨该原料。
3.权利要求1所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤在原料煅烧的上游。
4.权利要求1所述的方法，其中分析该原料的步骤在原料煅烧的下游。
5.权利要求1所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤包括根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
6.权利要求5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括二水硫酸钙。
7.权利要求5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括半水硫酸钙。
8.权利要求5所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质包括硫酸钙。
9.权利要求1所述的方法，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析、受控中子分析、X射线荧光、激光光谱或X-射线衍射。
10.权利要求1所述的方法，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析。
11.权利要求1所述的方法，其中将该元素分析仪配置为检测和/或测量一种或多种目标化学物质的量，该一种或多种目标化学物质选自石膏(二水硫酸钙)、半水硫酸钙、无水硫酸钙、酸溶物、酸不溶物、有机物、水、盐、铁、硫、及其组合。
12.权利要求11所述的方法，其中该酸溶物包括石灰石。
13.权利要求11所述的方法，其中该酸不溶物包括：砂、页岩、粘土、硅石层状硅酸盐、或其组合。
14.权利要求11所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤包括混合该原料和一种或多种其它材料，该一种或多种其它材料选自淀粉、钾碱、硼酸、促进剂、发泡剂、抑制剂、以及分散剂。
15.权利要求14所述的方法，进一步包括在分析该原料的步骤下游和在混合该原料与一种或多种其它材料的上游的原料煅烧。
16.权利要求14所述的方法，其中优化该原料中的一种或多种目标化学物质的量的步骤进一步包括：在分析该原料的步骤的下游和在混合该原料与一种或多种其它材料的上游，根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
17.权利要求16所述的方法，其中该一种或多种目标化学物质选自二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水硫酸钙、氯化物盐、硫、铁、硅酸铝、碳酸钙、及其组合。
18.权利要求1所述的方法，其中该方法对于降低石膏产品的元素化学组成的变化性是有效的。
19.由权利要求1所述的方法制备的多个石膏产品。
20.多个经分析的具有改进的一致性和品质的石膏产品，该石膏产品以减小的重量变化性、改进的含量均匀性、或其组合为特征。
21.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约150lbs/1000ft2的重量变化性。
22.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约100lbs/1000ft2的重量变化性。
23.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约50lbs/1000ft2的重量变化性。
24.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该减小的重量变化性包括小于约10lbs/1000ft2的重量变化性。
25.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±10％为特征。
26.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±5％为特征。
27.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±2％为特征。
28.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该改进的含量均匀性以二水硫酸钙的浓度变化性小于约±1％为特征。
29.权利要求20所述的多个石膏产品，其中该石膏产品选自石膏板、熟石膏、或接合化合物。
30.一种用于分析多个石膏产品的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪分析该多个石膏产品；
检测和/或测量该多个石膏产品中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量；以及
基于该一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该多个石膏产品分类以改进该多个石膏产品的一致性和品质。
31.一种在矿山现场分析用于制造多个石膏产品的原料的方法，该方法包括：
使用包含瞬发γ中子活化分析的元素分析仪在矿山现场分析该原料；
检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量；以及
根据该原料中的一种或多种目标化学物质的存在和/或量将该原料分类。
32.一种分析用于制造多个石膏产品的原料的系统，该系统包括：
配置为检测和/或测量该原料中的一种或多种目标化学物质的量的元素分析仪；以及
配置为优化原料供给中一种或多种目标化学物质的量的可编程控制系统。
33.权利要求32所述的系统，其中该元素分析仪包括瞬发γ中子活化分析、受控中子分析、X射线荧光、激光光谱或X-射线衍射。
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