CN106431034A - 半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法 - Google Patents

半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建材领域，具体涉及用半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法。本发明要解决的技术问题是现有技术使用二水磷石膏生产建筑石膏粉的成本和质量难以符合要求，且工业副产半水磷石膏半水磷石膏难以用于建筑石膏粉。本发明解决技术问题的技术方案是提供一种半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法。该方法包括以下步骤：在半水磷石膏中加入碱性物质混合均匀、预均化堆存、打散、煅烧、粉磨、陈化即得。本发明方法可完全使用半水磷石膏取代天然石膏或二水磷石膏生产建筑石膏粉，降低了生产成本，将磷石膏变废为宝，有效地治理了磷石膏废渣对环境的污染和危害，具有良好的环境效益，社会效益和经济效益。

Description

半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法
技术领域
本发明属于建材领域，具体涉及用半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法。
背景技术
半水磷石膏是半水法磷酸工艺生产磷酸过程中排出的固体废渣，是一种工业副产物每生产1吨P2O5可副产多达4吨的干渣半水磷石膏。半水法磷酸工艺的反应式如下：
2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O＝＝6H3PO4+10CaSO4·0.5H2O+2HF
半水磷石膏的主要成分为CaSO4·1/2H2O，还含有少量的磷、氟等杂质，晶体形貌为直径在30～60um的聚合晶体。半水磷石膏的主要化学成分虽然和商品石膏粉(主要成分为CaSO4·1/2H2O)相同，但是由于晶体形貌和杂质的影响，直接烘干制备的石膏粉没有强度，虽然在有文献报道在实验室里通过控制工艺制备出了具有一定粘结性的半水磷石膏，只需要烘干游离水便可制备性能优异的石膏粉，然而这种方法局限于原矿的来源和杂质含量不同，难以重复实现。
使用磷石膏代替天然石膏生产石膏粉的技术有一些报道，如中国专利CN1844009介绍了一种利用使用碳酸盐石粉预处理二水磷石膏，然后直接煅烧成石膏粉的方法；中国专利CN03108111.8介绍了一种用直接用烘干机快将二水磷石膏快速脱水得到含半水石膏的煅烧产物，然后加入柠檬酸或柠檬酸钠，经粉磨后制成建筑石膏粉的方法；中国专利CN200510040512.1介绍了一种用工业废弃高钙灰改性磷石膏制备建筑石膏粉的方法。
使用二水磷石膏制备建筑石膏粉实现了变废为宝的目的，为循环经济做出了很大贡献，但是生产过程中也存在一些问题。二水磷石膏中含有15-25％的游离水，19％左右的结晶水，用二水磷石膏制备半水石膏粉，不管是用一步法还是二步法煅烧磷石膏，都需要大量的能耗，一部分能耗用于烘干磷石膏中的游离水，另一部分能耗用于除去1.5个分子的结晶水，并且由于磷石膏的质量不稳定，生产出来的石膏粉质量也不稳定，使用二水磷石膏代替天然石膏制备建筑石膏粉并没有很好的成本和质量优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术使用二水磷石膏生产建筑石膏粉的成本和质量难以符合要求，且工业副产半水磷石膏半水磷石膏难以用于建筑石膏粉。本发明解决技术问题的技术方案是提供一种半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法。
该方法包括以下步骤：在半水磷石膏中加入碱性物质生石灰混合均匀、预均化堆存、打散、煅烧、粉磨、陈化即得。
其中，上述方法中所述的碱性物质优选为生石灰。
其中，上述方法中加入的生石灰的量为半水磷石膏重量的0.1～5.0％。
其中，上述方法中加入的生石灰的量为使半水磷石膏预存化堆积后的pH值达到6～12。优选的，加入生石灰的量为使半水磷石膏预存化堆积后的pH值的pH值达到6～9.。
其中，上述方法中所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸的副产半水磷石膏。
其中，上述方法中所述均化堆存时间为1～7天。优选的，所述的均化堆存时间为3～5天。
其中，上述方法中所述煅烧步骤的出料温度在140℃-200℃。
其中，上述方法中所述粉磨为将煅烧后的石膏粉磨至0.2mm方孔筛筛余≤10。
其中，上述方法中所述陈化的时间为1～7天。优选的，所述的陈化的时间为3～5天。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用工业副产半水磷石膏生产建筑石膏粉，只需要脱除游离水和部分结晶水，在石膏粉的煅烧工艺中能够减少大量能耗和时间，又因为制备的石膏粉和二水磷石膏制备建筑石膏粉相比需水量大幅度减少，所以在生产纸面石膏板和石膏砌块时在烘干工序中也能节约大量能耗和时间。
2、本发明利用生石灰中和半水磷石膏中的可溶磷、氟等杂质，促进原本转化缓慢的的半水磷石膏加速向二水磷石膏转化，并且游离水随着堆存时间的增加而减少，堆存一天游离水含量即可由25％左右降到10％左右，打散后即可可以直接进入煅烧工艺。
3、本发明利用预均化堆存技术可以消除生产中原料和工艺参数的波动对半水磷石膏的质量的影响，生产出来的石膏粉质量优异、稳定。
4、本发明可以直接利用现有的建筑石膏的煅烧设备进行煅烧，不需要特殊设备，易于实现大规模生产。
附图说明
图1是实施例中半水磷石膏生产建筑石膏粉工艺的流程示意图。
具体实施方式
本发明的前期研究发现，由于晶体形貌和杂质的影响，半水磷石膏在水中的溶解度较低，CaSO4·1/2H2O相向CaSO4·2H2O相转化非常缓慢，直接烘干后没有强度和胶凝性能，难以用于建材领域。直接阻碍了建筑石膏粉的制备。要制备具有合格胶凝性的建筑石膏粉，需要将CaSO4·1/2H2O相向CaSO4·2H2O部分或完全转化后通过气相脱水的方式制备。
但是，由于晶体形貌和可溶磷，可溶氟等杂质的影响，半水磷石膏的向二水石膏转化非常缓慢，24h结晶水含量只能升高一个点。因此，根据上述思路，要用半水磷石膏制备合格的建筑石膏粉，首先要解决的问题就是促进半水磷石膏向二水磷石膏转化。而根据半水石膏的硬化机理研究发现，半水石膏的硬化过程其实就是半水石膏向二水石膏转化的过程。而在这一过程中，石膏中含有的可溶磷，可溶氟等杂质起到很强的缓凝作用，因此，考虑用碱性物质中和磷石膏中可溶磷，可溶氟等杂质，便可能会起到促进半水磷石膏向二水磷石膏转化的目的，但是，却又不能改变晶体形貌。常用的碱性物质为生石灰。后继实验也表明，加入生石灰如能将预存化堆积后的原料pH值调节到6～12，则后继制备出的石膏粉强度更好。一般pH值调节到6～9即可。
预均化堆存也是一个关键步骤。该步骤的目的一是使半水磷石膏的可溶磷，可溶氟等杂质转化成无害的惰性物质，二是促使半水磷石膏向二水磷石膏转化，转化过程中半水磷石膏的游离水会部分转化成结晶水，部分挥发掉，三是通过预均化堆存来稳定半水磷石膏的质量。预均化堆存主要作用是将生石灰中和后的半水磷石膏放置一段时间，以使于半水磷石膏向二水石膏转化。条件并无特别的控制要求，一般在室温进行即可。预均化堆存时间可为1～7天。优选3～5天。
经过本发明研究发现，使用生石灰中和后的半水磷石膏，进行预均化堆存一天后，结晶水含量可从4～6％左右升高到10～13％左右；游离水含量可由23～26％降到8～12％。刚从生产线出来的半水磷石膏结晶水含量为4％～6％游离水为23％～26％，实验表明结晶水含量达到13％以上时即可制备出合格的建筑石膏粉。而适当延长预均化堆存时间，则会使游离水会降到10％左右乃至更低，烘干煅烧成本也越低。
半水磷石膏加石灰后容易板结成大块状，需要进行打散便于原料进入煅烧设备，均匀受热即可，不用破碎和球磨。过60目筛即可。
煅烧工艺采用本领域常用的设备及煅烧条件即可。比如实验室研究阶段，用烘箱作为煅烧设备时，煅烧温度一般为140℃～200℃，烘干时间为1小时～2小时，烘干时间可根据烘箱具体温度而做相应调整。一般大规模生产时，煅烧时的烘干进风温度为600℃～700℃，出口温度为150～200℃。
而刚煅烧好的石膏粉含有一定量的可溶性无水石膏和少量性质不稳定的二水石膏，物相组成不稳，内含能量较高，分散度大，吸附活性高，从而出现熟石膏的标准稠度需水量大、强度低、凝结时间不稳定等现象，需要经过陈化处理。陈化时间视情况为1～7天，一般陈化时间为3～5天。
具体的，本发明半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法由包括以下步骤：
1、根据半水磷石膏中可溶磷、氟含量的不同，加入占半水磷石膏重量0.5～3.0％的生石灰，搅拌混合均匀。优选的，加入的生石灰的量为使半水磷石膏在预存化堆积后的pH值到6～12。
2、添加生石灰的半水磷石膏预均化堆存1～7天。
3、将预均化堆存后的半水磷石膏打散后，利用煅烧设备脱除游离水和部分结晶水；可使用普通的建筑石膏生产用煅烧设备。
4、煅烧后的半水磷石膏经球磨、陈化后便得建筑石膏粉产品。
以下通过实施例对本发明做更为细致的说明。
实例一 使用本发明方法制备建筑石膏粉
取100kg半水磷石膏，游离水含量为26％，结晶水含量为4.39％，可溶磷含量为0.4％，可溶氟含量为0.2％。加入占半水磷石膏重量1.0％的生石灰，即1kg生石灰，搅拌混合均匀，预均化堆存3天后，此时pH值是8。将结块打散至过60目筛，此时磷石膏游离水含量为10.97％，结晶水含量为13.24％，可溶磷含量为0.03％，可溶氟含量为0.03％，将上述物料投入建筑石膏煅烧设备中炒制，出料温度为180℃，球磨至物料能过100目筛、陈化1天后便得建筑石膏粉产品。经测试其2小时抗折强度为2.5MPa，抗压强度为5.3MPa，达到了建筑石膏粉国标GB/T9776-2008的要求。
实例二 使用本发明方法制备建筑石膏粉
取100kg半水磷石膏，游离水含量为22.07％，结晶水含量为6.30％，可溶磷含量为0.78％，可溶氟含量为0.1％，加入占半水磷石膏重量1.2％的生石灰，即1.2kg生石灰，搅拌混合均匀，预均化堆存3天后，此时pH值是8。将结块打散至过60目筛，此时磷石膏游离水含量为13.75％，结晶水含量为14.22％，可溶磷含量为0.03％，可溶氟含量为0.03％，将上述物料投入建筑石膏煅烧设备中炒制，出料温度为180℃，球磨至物料能过100目筛、陈化1天后便得建筑石膏粉产品。经测试其2小时抗折强度为2.5MPa，抗压强度为5.8MPa，达到了建筑石膏粉国标GB/T9776-2008的要求。
实例三 使用本发明方法制备建筑石膏粉
取100kg半水磷石膏，游离水含量为22.07％，结晶水含量为6.30％，可溶磷含量为0.78％，可溶氟含量为0.1％，加入占半水磷石膏重量1.5％的生石灰，即1.5公斤生石灰，搅拌混合均匀，预均化堆存3天后。此时pH值是9，将结块打散至过60目筛，此时磷石膏游离水含量为13.00％，结晶水含量为14.57％，可溶磷含量为0.03％，可溶氟含量为0.03％，将上述物料投入建筑石膏煅烧设备中炒制，出料温度为180℃，球磨至物料能过100目筛、陈化1天后便得建筑石膏粉产品。经测试其2小时抗折强度为2.6MPa，抗压强度为6.2MPa，达到了建筑石膏粉国标GB/T9776-2008的要求。
实例四 使用本发明方法制备建筑石膏粉
取100kg半水磷石膏，游离水含量为22.35％，结晶水含量为6.91％，可溶磷含量为0.48％，可溶氟含量为0.2％，加入占半水磷石膏重量1.5％的生石灰，即1.5kg生石灰，搅拌混合均匀，预均化堆存5天后，此时ph值是9，将结块打散至过60目筛，此时磷石膏游离水含量为10.54％，结晶水含量为15.33％，可溶磷含量为0.03％，可溶氟含量为0.03％，将上述物料投入建筑石膏煅烧设备中炒制，出料温度为180℃，球磨至物料能过100目筛、陈化1天后便得建筑石膏粉产品。经测试其2小时抗折强度为2.8MPa，抗压强度为7.5MPa，达到了建筑石膏粉国标GB/T9776-2008的要求。

Claims (9)

1.半水磷石膏生产建筑石膏粉的方法，其特征在于包括以下步骤：在半水磷石膏中加入碱性物质、混合均匀、预均化堆存、打散、煅烧、粉磨、陈化即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的碱性物质为生石灰。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中加入的碱性物质的量为使半水磷石膏预存化堆积后的pH值为6～12。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中加入的碱性物质的重量为半水磷石膏重量的0.1～5.0％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述半水磷石膏为半水法磷酸工艺生产磷酸的副产半水磷石膏。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预均化堆存的时间为1～7天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述煅烧步骤的出料温度在140℃～200℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粉磨为将煅烧后的石膏粉磨至0.2mm方孔筛筛余≤10。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述陈化的时间为1～7天。
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