CN106467387A - 一种镁法脱硫生产硫酸镁发泡砖的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发泡制品及生产装置和方法，所述装置包括：烟气脱硫设备、浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、发泡组分供给设备、其他添加剂供给设备和混合加工设备。其中，所述浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、发泡组分供给设备、其他添加剂供给设备和混合加工设备均位于所述烟气脱硫设备的外部。本发明能够同时完成氧化镁法烟气脱硫工艺和硫酸镁发泡制品生产工艺，制得造价低，物化性能优良的发泡制品。

Description

一种镁法脱硫生产硫酸镁发泡砖的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种发泡制品及生产装置和方法，尤其涉及一种硫酸镁发泡制品及生产装置和方法，特别涉及一种氧化镁法烟气脱硫过程同步生产硫酸镁发泡砖的装置及方法。本发明的装置及其方法属于绿色、节能、环保型发泡制品生产装置与工艺，尤其适用于燃煤锅炉、烧结机、球团、回转窑等需要烟气脱硫的领域。

背景技术

一般的硫酸镁水泥不是如波特兰水泥之类的水硬性水泥，浸泡在水中时会变坏。一般特殊水泥，如硫氧镁水泥或氯氧镁水泥或索瑞尔(Sorel)水泥生产过程中，硫酸镁通常作为辅料使用。例如，专利文献CN1156701A公开了硫酸镁可以作为水泥的膨胀剂，其掺入量为水泥重量的0.3～4.0％。以往的专业知识、文献认为在水泥配方中，硫酸镁的用量不宜过高，否则会影响水泥的综合性能并且会增加生产成本。如专利文献CN 102701616A公开了一种高强镁质粉煤灰无熟料水泥，包括：粉煤灰100份；轻烧氧化镁30～40份；七水硫酸镁10～15份；硫酸钙、硫酸亚铁或硫酸铝2～4份；磷酸或磷酸0.5～1.0份；水50～100份。该专利文献利用粉煤灰作为生产原料重新投入使用，减少了环境污染，但硫酸镁的用量远小于氧化镁，且所得水泥的抗压强度有待于进一步提高。专利文献CN102924038A公开了一种改性硫氧镁水泥，包括氧化镁100份、外加剂0.05～10份、质量分数为10％～30％硫酸镁水溶液50～200份和填料0～300份；所得水泥具有优异的力学性能和耐水性能，抗压强度仍然有待于进一步提高，并且密度较大。专利文献CN 103396022A公开了一种镁水泥组合粉料及其制备工艺，其中包括100份氧化镁和35～75份氯化镁；或者，100份氧化镁和35～80份硫酸镁。该专利文献将镁水泥的主要成分配置成半成品粉料，加水即可使用；但要严格控制硫酸镁的用量。

在上述专利文献中的硫酸镁水泥的综合物理性能还不理想，例如不能同时具有发泡后轻质且强度高的性能。

另外，公开号为CN103265263A的中国专利申请公开了一种硫氧镁水泥的制备方法，主要采用废硫酸、氧化镁、粉煤灰、磷酸或磷酸二氢盐按照一定的配比，投入搅拌机中搅拌均匀后制得硫氧镁水泥。该水泥包括：氧化镁100份，填料0～300份，外加剂0.05～10份，工业废硫酸10～200份，水0～100份。该方法通过废硫酸与氧化镁反应生产硫酸镁，在反应过程中受环境温度、反应时间、结晶质量等影响，所形成的硫酸镁质量、数量存在不确定性，从而最终影响水泥的质量。废硫酸运输具有一定的危险性，整个生产过程对周围环境造成一定的影响，需要采取较严格的保护措施，因此，其生产成本比较高，经济性较差，限制了其推广应用。

在上述背景技术的基础上，本发明的发明人检索了大量国内资料，均无基于硫酸镁水泥的发泡工艺，而与硫酸镁具有一定相似性的材料，如氯氧镁水泥的发泡技术，在美国专利申请US 4,041,929中公开了生产发泡氯氧镁水泥的技术。该方法使用了发泡剂"NorganExpander"，它实际上是一种Mg的金属正乳酸(盐)，其在镁氧发泡砖生产期间现场反应形成一种危险的气体(氢)，该气体使混合物发泡。US 4,992,481则公开了将聚羧酸及其盐(col.6；lines 15.16)，和许多其它有机聚合物材料用在镁氧发泡砖生产中，但没有公开这些材料的哪一种导致发泡。欧洲专利申请EP 454660公开了保护一种Sorel发泡砖，它具有改进的耐水性，其以MgO、MgCl₂和无机填料的混合物为基础，它含有水溶性的、聚合的或缩聚的合成树脂，该树脂包括水溶性聚羧酸，该专利申请也未提到在镁氧发泡砖生产期间使镁氧发泡砖进行任何起泡或发泡。德国专利申请DE 3832-287公开了将柠檬酸和草酸用于改善镁氧发泡砖的耐水性，但这篇文献并未提到这些试剂也使镁氧发泡砖发泡的可能性。事实上，如本专利申请实验所证明的那样，这些试剂基本不导致水泥发泡。

从以上讨论中清楚地看到，站在经济性，操作简易性和形成由发泡硫酸镁产品制成的各种密度的产物的质量及经济性的观点上看，上述已知资料均无法提供相关参考。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种发泡制品及生产装置和方法，以达到提供一种物化性能和经济性能较好的发泡制品及其生产装置和方法的目的。本发明特别适用于燃煤锅炉、烧结机、球团、回转窑等需要烟气脱硫的领域，可以在完成烟气脱硫的同时生产所述发泡制品。

本发明提供的发泡制品的生产装置包括如下设备：

烟气脱硫设备，用于采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液，所述的烟气脱硫浆液中含有硫酸镁；

浆液储存设备，用于储存来自烟气脱硫设备的烟气脱硫浆液，并将烟气脱硫浆液输送至反应设备；

反应设备，用于接收来自浆液储存设备的烟气脱硫浆液，并通过向该烟气脱硫浆液中添加硫酸和氧化镁以提高该烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度，从而形成晶浆，所述晶浆中含有硫酸镁晶体；

氧化镁供给设备，用于提供发泡制品用氧化镁；

硫酸供给设备，用于提供发泡制品用硫酸；

废灰供给设备，用于提供发泡制品用废灰；

渣料供给设备，用于提供发泡制品用渣料；

发泡组分供给设备，用于提供发泡组分；

其他添加剂供给设备，用于提供发泡制品用其他添加剂，所述的其他添加剂不包含废灰、渣料和发泡组分；

混合加工设备，用于将来自反应设备的晶浆、来自氧化镁供给设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料、来自添加剂供给设备的发泡制品用其他添加剂和来自发泡组分供给设备的发泡组分混合加工，以形成发泡制品；

其中，所述浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、其他添加剂供给设备、发泡组分供给设备和混合加工设备均位于所述烟气脱硫设备的外部。

根据本发明所述的装置，优选地，所述的烟气脱硫设备内的上部设有吸收喷淋区，用于采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液。

根据本发明所述的装置，优选地，所述装置还包括渣料研磨设备，用于将发泡制品用渣料研磨为粉末，并输送至渣料供给设备。

根据本发明所述的装置，优选地，所述的发泡制品的生产装置为生产发泡砖的装置。

本发明还提供了利用上述装置生产发泡制品的方法，包括如下步骤：

1)烟气脱硫步骤：在烟气脱硫设备中采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液，所述的烟气脱硫浆液中含有硫酸镁；

2)浆液排出步骤：将烟气脱硫设备的烟气脱硫浆液排出至浆液储存设备；

3)反应步骤：在反应设备中接收来自浆液储存设备的烟气脱硫浆液，并向该烟气脱硫浆液中添加硫酸和氧化镁以提高该烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度，从而形成晶浆，所述晶浆中含有硫酸镁晶体；

4)混合加工步骤：在混合加工设备中将来自反应设备的晶浆、来自氧化镁供给设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料、来自其他添加剂供给设备的发泡制品用其他添加剂和来自发泡组分供给设备的发泡组分混合加工，以形成发泡制品。

根据本发明所述的方法，优选地，步骤3)中，所述晶浆中硫酸镁与氧化镁的重量比在0.8～1.2:1。

根据本发明所述的装置，优选地，步骤4)中，

所述渣料选自炉渣、矿渣、钢渣、铁渣的一种或多种；

所述废灰选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉中的一种或多种；

所述其他添加剂包括选自以下添加剂的一种或多种：硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基膦酸、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素、羟丙基甲基纤维素或硅氧烷；

所述发泡组分包括有机发泡剂或无机发泡剂；所述的有机发泡剂选自有机羧酸、有机羧酸的酸酐或单羧酸盐的一种或多种；所述的无机发泡剂选自碳酸氢钠或碳酸铵。

根据本发明所述的装置，优选地，所述发泡组分还包括引气剂，所述的引气剂选自皂化的松香树脂、文沙尔树脂、皂化的吐尔油、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油羟的磺化盐中的一种或多种。

本发明提供的发泡制品由发泡原料制备得到。所述的发泡原料包括20～40重量份的烟气脱硫浆液，20～30重量份的氧化镁，6～10重量份的硫酸，15～30重量份的渣料，20～40重量份的废灰，5～20重量份的其他添加剂；

所述的发泡原料还包括发泡组分，所述发泡组分包括发泡剂和引气剂，发泡剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％，引气剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％。

根据本发明所述的发泡制品，优选地，所述的发泡剂为硬脂酸、正十二酸或聚丙烯酸；所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠。

本发明提供的发泡制品的物化性能和经济性能较好，利用所述装置及方法能够将氧化镁法烟气脱硫工艺与硫酸镁发泡砖生产工艺完美结合，使得二者同步进行而生产所述发泡制品。本发明的装置及方法取消了传统水泥生产过程中的均化、烧成、预热分解环节，解决了氧化镁法脱硫产生的废液处理问题，解决了企业采用钙法脱硫后脱硫石膏量太大无法消化处理的问题，取消了板框压滤机除渣的过程，浆液直接用于发泡制品的生产，解决了脱硫工程固体废弃物难处理的问题。本发明的装置及方法在保证解决企业烟气正常脱硫条件下，使工业企业内部生产产生的渣、灰等废弃物都得到循环再利用，是一种既节省了发泡制品生产线投资又大大降低了脱硫运行成本、既保障企业烟气脱硫设施高效率运行又使各类废弃物得以循环再利用的绿色、节能、环保技术。本发明制得的发泡制品具有高质量、低密度的特点，物理性能优良，成本低，是优异的轻骨料产品。

附图说明

图1是本发明的一种烟气脱硫生产发泡制品的装置的示意图。

附图标记说明如下：1为烟气脱硫设备、2为吸收喷淋区、3为排出泵、4浆液储存设备、5为反应设备、6为氧化镁供给设备、7为硫酸供给设备、8为混合加工设备、9为渣料供给设备、10为废灰供给设备、11为其他添加剂供给设备、12为发泡组分供给设备、13为干燥设备、14为包装设备。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明中，所述的氧化镁法烟气脱硫是本领域技术人员熟知的一种湿法脱硫工艺，这里不再赘述其工艺原理。本发明的氧化镁法烟气脱硫如同本领域技术人员熟知的那样，以氧化镁为脱硫剂的主要成份。但是本发明的脱硫剂并不限制添加其它成份(例如氧化钙、生石灰等)。

本发明所述的“发泡制品”包括经所述混合加工设备制得的各种材料、半成品和成品，例如可以为水泥、发泡砖、轻质墙体材料、保温阻燃材料、多孔吸附材料。

相应的，所述“混合加工设备”的具体设置可以根据所要获得的“发泡制品”的类型而设置，这是本领域技术人员所熟知的。“混合加工”意指对各种来料的处理，可以只是混合，也可以包括加工成型。

<烟气脱硫发泡制品的生产装置>

本发明提供的烟气脱硫发泡制品的生产装置能够同时完成氧化镁法烟气脱硫工艺和硫酸镁发泡制品生产工艺，制得的发泡制品造价低，物化性能优良。所述装置包括：烟气脱硫设备、浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、发泡组分供给设备、其他添加剂供给设备和混合加工设备。其中，所述浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、发泡组分供给设备、其他添加剂供给设备和混合加工设备均位于所述烟气脱硫设备的外部。任选地，所述装置还包括干燥设备和/或包装设备。

本发明所述装置的烟气脱硫设备包括吸收喷淋区，用于采用氧化镁法吸收烟气中的二氧化硫，形成含硫酸镁的吸收浆液(即烟气脱硫浆液)。该吸收浆液中也含有部分亚硫酸镁，为了表述方便，文中称为含硫酸镁的吸收浆液，但不表示只含有硫酸镁，对其它包含物并未予以排除。本发明所述的氧化镁法吸收是采用氢氧化镁浆液吸收烟气中的二氧化硫。吸收喷淋区所使用的制剂可以使用本领域常用的氧化镁法脱除烟气所使用的那些脱硫剂浆液。优选地，本发明的脱硫剂可以使用CN102745726 A、CN102745725A、CN102836636A中所公开的那些脱硫剂。例如，CN102745726 A的实施例1或2公开的那些脱硫剂。在此，将上述专利申请的全部内容引入本文作为参考。将这些脱硫剂均匀分散在水中即得到含氢氧化镁的脱硫剂浆液。根据本发明的一个实施方式，在本发明的烟气脱硫设备的吸收区中，使烟气在上升过程中与氢氧化镁浆液逆流接触，烟气中的二氧化硫与氢氧化镁浆液发生中和反应，形成含硫酸镁的吸收浆液。在该实施方式中，经氧化镁吸收所形成的含硫酸镁的吸收浆液落入烟气脱硫设备中的浆液循环区内。优选地，在本发明所述的吸收区设置多级吸收喷淋层，更好地吸收二氧化硫。在本发明所述的吸收喷淋层中，优选通过浆液雾化喷淋部件向下喷射出雾化的氢氧化镁浆液。本发明所采用的雾化喷淋部件没有特别的限制，可使用本领域熟知的那些。作为优选，本发明的雾化喷淋部件为耐腐蚀雾化喷淋部件，更优选为耐酸耐碱腐蚀雾化喷淋部件。根据本发明的一个实施方式，所述雾化喷淋部件优选包括不锈钢喷嘴。

本发明的烟气脱硫设备还包括浆液循环区，用于接纳来自吸收区的含硫酸镁的吸收浆液(即烟气脱硫浆液)，并将所述吸收浆液一部分输送至吸收区，另一部分输送至反应设备。本发明所述的浆液循环区优选设置在烟气脱硫设备的底部。根据本发明的一个实施方式，所述浆液循环区经循环泵与吸收区相通，用于将氢氧化镁浆液或吸收浆液输送至吸收区进行氧化镁法吸收，同时，所述浆液循环区经排出泵与反应设备相通，用于将含硫酸镁的吸收浆液输送至反应设备。优选地，所述浆液循环区通过循环泵经浆液输送管路与吸收喷淋区的吸收喷淋层相通。

本发明所述的装置的浆液储存设备，用于接收来自烟气脱硫设备的含有硫酸镁的吸收浆液(即烟气脱硫浆液)。所述浆液储存设备可以通过排出泵和管线连通所述烟气脱硫设备的浆液循环区，硫酸镁含量达到一定范围时，通过排出泵将烟气脱硫设备内的浆液排出至浆液储存设备。所述浆液储存设备可以为槽状结构，也可以为其它各种造型的容器。

本发明所述装置的反应设备连通所述浆液储存设备，用于增大来自浆液存储设备的烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度。通过在浆液中加入硫酸和氧化镁使之反应形成硫酸镁，提高硫酸镁浆液的浓度。硫酸和氧化镁的供给可以分别通过与反应设备连通的硫酸供给设备和氧化镁供给设备而完成。

本发明所述的氧化镁供给设备向反应设备中供给发泡制品用氧化镁。所述氧化镁供给设备内的氧化镁可以以氧化镁固体粉末的形式存储和供给，也可以以氢氧化镁浆液的形式存储和供给。本发明中氧化镁的加入量没有特别的限制，可根据硫酸加入量以及硫酸镁的浓度进行具体调整。本发明所述的氧化镁供给设备优选由耐酸耐碱腐蚀的材料制成，其形状和结构没有特别的限制，可采用本领域熟知的设计。

本发明所述的硫酸供给设备向反应设备中供给发泡制品用硫酸。所述硫酸供给设备内的硫酸可以是生产废酸，也可以是购买的硫酸。优选以一定浓度的硫酸溶液的形式存储和供给。本发明中硫酸的加入量没有特别的限制，可根据氧化镁加入量以及硫酸镁的浓度进行具体调整。本发明所述的硫酸供给设备优选由耐酸耐碱腐蚀的材料制成，其形状和结构没有特别的限制，可采用本领域熟知的设计。

本发明的废灰供给设备用于提供废灰。该供给设备是本领域所熟知的那些，这里不再赘述。

本发明的渣料供给设备，用于提供发泡制品用渣料。由于不同来源的渣料粒度较大且粒度不均一，因此本发明的烟气脱硫生产发泡砖的装置还可以包括对渣料进行粉末化和均匀化处理的渣料研磨设备，用于将发泡砖用渣料研磨为粉末，并输送至渣料供给设备。本发明的渣料研磨设备主要是指水泥生产领域用的球磨机。该球磨机能研磨矿渣、钢渣、粉煤灰、工业垃圾等废渣，研磨后的产品能达到400m²/kg～600m²/kg的比表面积。

本发明的发泡组分供给设备用于提供发泡制品所用的发泡组分。其他添加剂供给设备，用于提供发泡制品用其他添加剂，称为“其他添加剂”是为了与所述废灰、渣料和发泡组分得以区分。所述添加剂供给设备和发泡组分供给设备都是本领域所熟知的那些，这里不再赘述。

本发明的废灰供给设备、渣料供给设备、发泡组分供给设备、其他添加剂供给设备优选为并列设置，分别向混合加工设备中供给原料。

本发明的混合加工设备用于将来自反应设备的浆液、来自氧化镁设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料，来自发泡组分供给设备的发泡组分，和来其他自添加剂供给设备的其他添加剂混合加工以形成发泡制品。所述混合加工设备的具体设置可以根据所要获得的发泡制品的类型而设置。本发明所述的发泡制品包括用所述混合材料制得的各种材料、成品和半成品，例如可以为水泥、发泡砖、轻质墙体材料、保温阻燃材料、多孔吸附材料。所述发泡制品可以直接加工或二次加工为建筑构件，包括作为建筑材料、工程填充材料(如肋梁)、防火门芯填料、阻燃材料、内外保温材料、隔音和隔热的复合材料等。本领域技术人员可以根据发泡制品的种类选用所熟知的混合加工设备。因此，所述混合加工设备可以只具有实现混合功能的构造，也可以具有用以实现加工成型功能的构造。只为了实现混合功能时，本发明的混合设备可以为单轴混合机、双轴混合机或搅拌机，优选为搅拌机。

本发明所述的装置还可以包括干燥设备，用以对发泡制品进行干燥。由于本发明的发泡制品形态多样，某些产品可以不通过干燥设备而自然晾干，所以干燥设备为可选设备。所选用的干燥设备可以为本领域技术人员所熟知的那些，例如可以为配置热风装置的振动流化床干燥器。

本发明的烟气脱硫生产发泡砖的装置还可以包括包装设备，例如本领域熟知的发泡制品包装设备，也可以使用水泥包装设备。这里不再赘述。

任选地，本发明所述的装置还包括除雾设备，用于对脱硫烟气进行脱水除雾。本发明所使用的除雾设备其类型和工艺条件没有特别的限制，可采用本领域熟知的除雾设备和工艺。根据本发明的一个实施方式，在除雾设备中将来自吸收喷淋区的脱硫烟气脱水除雾后从烟气脱硫设备的烟气出口排出。

<生产发泡制品的方法>

本发明利用上述装置生产发泡制品的方法，同时完成氧化镁法烟气脱硫工艺和硫酸镁发泡制品生产工艺，制得造价低、物化性能优良的发泡制品。该方法包括：烟气脱硫步骤、浆液排出步骤、反应步骤和混合加工步骤。任选地，所述方法还包括干燥步骤和包装步骤。

所述烟气脱硫步骤的烟气可以为来自燃煤锅炉、烧结机、球团或窑炉的烟气；优选为来自燃煤锅炉、烧结机或窑炉的烟气；更优选为来自燃煤锅炉或烧结机的烟气。由于上述烟气中存在一定量的氧气以及二氧化硫含量适中，可以提高硫酸镁产物的纯度。根据本发明的一个具体实施方式，所述的烟气中的二氧化硫含量可以为300mg/Nm³～40000mg/Nm³，优选为500mg/Nm³～30000mg/Nm³，更优选为1000mg/Nm³～5000mg/Nm³。本发明所述的烟气中的氧气含量可以为3～18vt％，优选为9～18vt％，更优选为12～18vt％。

本发明的烟气脱硫步骤为在烟气脱硫设备中采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液，所述的烟气脱硫浆液中含有硫酸镁。在本发明的一个具体实施方案中，所述的烟气脱硫设备内的上部设有吸收喷淋区，烟气从烟气脱硫设备的下部进入设备内部，在上升过程中经过吸收喷淋区，烟气中的二氧化硫被吸收，净化后的烟气从烟气脱硫设备的顶部排出。吸收喷淋区所使用的制剂如前所述，这里不再赘述。

本发明的浆液排出步骤为当烟气脱硫设备内循环浆液池的pH，密度，硫酸镁含量达到一定范围时，通过排出泵将循环浆液池内的烟气脱硫浆液排出至浆液储存设备。优选地，当烟气脱硫浆液的pH值为4.5～6.5、浆液密度为1000～1150kg/m₃、硫酸镁含量达到30wt％以上时，将循环浆液池内的烟气脱硫浆液排出至浆液储存设备。

本发明的反应步骤为：在反应设备中接收来自浆液储存设备的烟气脱硫浆液，并向该烟气脱硫浆液中添加硫酸和氧化镁以提高该烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度，从而形成晶浆，所述晶浆中含有硫酸镁晶体。所加氧化镁最好是过量的，反应后硫酸镁和氧化镁的重量比可以为0.8～1.2之间。

本发明的混合加工步骤为将来自反应设备的晶浆、来自氧化镁供给设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料、来自其他添加剂供给设备的发泡制品用其他添加剂和来自发泡组分供给设备的发泡组分混合加工，以形成发泡制品。

所述渣料可以选自炉渣、矿渣、钢渣、铁渣的一种或多种。优选地，本发明的渣料为炉渣和/或矿渣。在生产过程中，可以收集电厂、钢厂、化工厂内生产产生的各种渣类如炉渣、矿渣、钢渣、铁渣，然后经由渣料研磨设备研磨成需要规格的粉状时送入渣库备用。

本发明的废灰可以为粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉中的一种或多种，优选为粉煤灰。电厂、钢厂燃煤锅炉、烧结机、竖炉、球团等设备后的除尘器下部排出的灰(如粉煤灰)全部收入废灰库中备用。

本发明的所述发泡组分包括有机发泡剂或无机发泡剂；所述的有机发泡剂选自有机羧酸、有机羧酸的酸酐或单羧酸盐的一种或多种；所述的无机发泡剂选自碳酸氢钠或碳酸铵。优选地，所述发泡组分还包括引气剂，所述的引气剂选自皂化的松香树脂、文沙尔树脂、皂化的吐尔油、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油羟的磺化盐中的一种或几种的组合。

本发明的其他添加剂包括选自以下添加剂的一种或多种：硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基膦酸、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素、羟丙基甲基纤维素或硅氧烷。

本发明的发明人在实验过程中，惊讶地发现当将一定量发泡组分与MgO，MgSO₄、渣料、废灰、上述其他添加剂和水混合时会形成密度大大降低而强度比一般水泥高很多的多孔材料，通过调整以上各组分的量能够改变制品的密度以便形成不同性能、不同单位质量(容重)的产物。这种配方做出的水泥还具有很强的耐水性、耐低温性。用于形成发泡制品的特定羧酸，其酸酐和其羧酸盐(如Na⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Al³⁺，等)也可与不能导致制品发泡的其它羧酸，它们的酸酐和它们的羧酸盐结合起来使用。这种结合能够形成具有改善的耐水性、改善的物理强度、提高的耐低温性的发泡硫酸镁水泥。

还有，己发现在使用可聚合的羧酸的情況下，如丙烯酸，在发泡砖生产过程中现场形成聚合形式(即二聚，低聚，和高聚)的酸。向水泥成分和适当的单体酸的混合物中加入引发剂明显增加该现象的程度。

另外，为了进一步改善最终制品的性能并得以满足不同的实用和物理要求，本领域技术人员可以根据需要加入适当形式的其他填料，如砂、粘土，钙质矿物，砾石，骨料，轻骨料，以及本领域常用的其他渣料和合成材料。

<发泡制品>

本发明的发泡制品由发泡原料制备得到，所述发泡原料为上述方法中生产发泡制品的各种原料，优选地，所述发泡制品利用上述装置和方法制得。如前所述，本发明的发泡制品包括由所述发泡原料制得的各种材料、半成品和成品，优选为水泥和发泡砖。本发明的发泡制品也可以为直接加工或二次加工而成的建筑材料和建筑构件，例如：工程填充材料(如肋梁)、防火门芯填料、阻燃材料、内外保温材料、隔音和隔热的复合材料等。发明人在实验中还发现本发明的装置和方法生产的多孔材料特别适合作为气体和液体，以及离子，有机和无机材料的吸收剂；还发现该多孔材料是优异的用作猫窝垫等的吸收剂。本发明所述发泡制品的形态非常多，以上仅是作为实例给出。

在本发明的一个实施方案中，所述的发泡原料包括：20～40重量份、优选为25～35重量份的烟气脱硫浆液，20～30重量份、优选为22～28重量份的氧化镁，6～10重量份、优选为7～8重量份的硫酸，15～30重量份、优选为20～25重量份的渣料，20～40重量份、优选为25～35重量份的废灰，5～20重量份、优选为10～15重量份的其他添加剂。所述的发泡原料还包括发泡组分，所述发泡组分包括发泡剂和引气剂，发泡剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％、优选为5wt％～8wt％，引气剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％、优选为5wt％～8wt％。优选地，所述的发泡剂为硬脂酸、正十二酸或聚丙烯酸；所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠。该方案的发泡制品，特别为发泡砖时，具有优良的物理性能，轻质高强，也具有很好的成本优势。

下面通过实施例和应用例对本发明做进一步说明。除非特别声明，本发明的“％”表示重量百分比。除非特别声明，以下实施例和应用例中所使用的原料、工艺条件说明如下：

1、烟气脱硫工况参见下表。

钢厂烧结机烟气脱硫项目工况参数

脱硫项目排放情况

2、其他说明

脱硫剂：氧化镁粉末；

脱硫剂浆液的配比如下：脱硫剂与水的重量比例为1：3；

在下文给出的实施例或应用例中，使用以下原料：

——硬脂酸(Aldrich)

——正十二酸(Aldrich)

——聚丙烯酸(Fluka#81140)

——十二烷基苯磺酸钠(Aldrich)

——十六烷基磺基琥珀酸钠(Cyanamid)

——煅烧氧化镁

——硫酸

——烟气脱硫浆液，其来自于北京中晶佳镁环境科技股份有限公司在天津荣程钢铁脱硫废液生产现场。密度d＝1.25克/立方厘米，H₂O/MgSO₄比为3.1。

——废灰为酸性粉煤灰(AFA)，来自山西襄矿发电厂(含有主要成分：50wt％SiO₂，25wt％Al₂O₃，9wt％CaO)。

——高炉渣，来自天津荣程联合钢铁有限公司(含有主要成分：50wt％SiO₂，12wt％Al₂O₃，9wt％Fe₂O₃，16wt％CaO)。

——石英砂(200目)，含有99.5wt％SiO₂。

应该说明可使用的原料的纯度不是最重要的。许多外购材料可用作合适和廉价的原料。

硫酸镁发泡砖的制备和实验在Retch磨机(型号为KM-1)中，放入要求数量的原料，并进行粉磨/混合操作20分钟。由此制得一种粘性物质，将该物质放入尺寸为200×240×150mm的模具中并在室温下静置养护10天。养护完毕，将该浇注体或压制体暴露在快速干燥/冷冻(D/F)循环中评价其耐水性和稳定性。快速D/F循环包括以下步驟：a)在80℃下干燥24小时；b)在水中浸泡24小时；c)在-18℃下冻结润湿体24小时；和d)将冷冻体投入沸水中并在其中保持4小时。经如此处理的物体的反应表明它们的耐水性，稳定性，耐热震性，吸水性，失重和密度变化。在进行上文所述的五次循环前和后测量弯曲强度和抗压强度。

实施例1

本发明的生产发泡制品的装置如图1所示。该装置包括：烟气脱硫设备1、浆液储存设备4、反应设备5、氧化镁供给设备6、硫酸供给设备7、混合加工设备8、渣料供给设备9、废灰供给设备10、其他添加剂供给设备11、发泡组分供给设备12、干燥设备13和包装设备14。烟气脱硫设备1内部设置有吸收喷淋区2；反应设备5、氧化镁供给设备6、硫酸供给设备7、混合加工设备8、渣料供给设备9、废灰供给设备10、添加剂供给设备11、发泡组分供给设备12、干燥设备13和包装设备14都设置在烟气脱硫设备1的外部。烟气脱硫设备1和浆液储存设备4通过排出泵3和管线连通。浆液储存设备4、反应设备5、混合加工设备8、干燥设备13和包装设备14依次连接。氧化镁供给设备6和硫酸供给设备7分别连接至反应设备4；渣料供给设备9、废灰供给设备10、其他添加剂供给设备11和发泡组分供给设备12分别连接至混合加工设备8。各设备的具体结构参照前文所述和本领域常识进行设置即可。

下面介绍利用上述装置生产发泡砖的方法：

将脱硫剂氧化镁粉末中加入工业自来水制成脱硫剂浆液-氢氧化镁浆液，并泵送至烟气脱硫设备1中，用于在吸收喷淋区2吸收烟气中的二氧化硫。

来自于烧结机烟气(二氧化硫含量为2000mg/Nm³，氧气含量为18vt％)从烟气脱硫设备1的下部进入烟气脱硫设备1内部。在烟气上升过程中，在吸收喷淋区2与脱硫剂浆液接触，烟气从烟气脱硫设备1顶部排出。吸收喷淋区2喷淋脱硫剂浆液以吸收烟气中的二氧化硫。

脱硫剂浆液在吸收二氧化硫后形成烟气脱硫浆液(含硫酸镁，温度为30℃、密度为1.2t/m³)，其经排出泵3被导入浆液储存设备4中储存。

上述烟气脱硫浆液进入反应设备5(结晶器反应槽)，在上述烟气脱硫浆液中加入氧化镁和硫酸，氧化镁和硫酸反应生成硫酸镁，从而提高浆液中的硫酸镁浓度，并且所加氧化镁过量，最终得到晶浆中硫酸镁与氧化镁的重量比在1。将反应设备5的晶浆输送至混合加工设备8。

将收集自钢厂的炉渣研磨成比表面积为400m²/kg的粉状物，然后送入渣料供给设备9；将来自钢厂燃煤锅炉的废灰加入废灰供给设备10；将其他添加剂加入其他添加剂供给设备11；将发泡组分加入发泡组分供给设备12。然后，将上述渣料、废灰、其他添加剂、发泡组分都送入混合加工设备8中与来自反应设备5的晶浆进行搅拌混合，搅拌速度为1600rpm，搅拌时间30分钟，即得到硫酸镁发泡砖。硫酸镁发泡砖经干燥设备13干燥，包装设备14包装后入库。

应用例1-5

采用实施例1中的装置及工艺过程生产发泡砖，配方如下：

表1发泡砖组分基础配方

制备发泡砖加入的发泡组分的用量如下表：

表2发泡组分的配方

将上述发泡砖组分在20×20×20mm的模板中塓行浇注，对该试体进行干燥/冷冻过程，按GB/T 177-85标准进行测试获得的结果如下表3所示。

表3发泡砖性能

注：W.A.—吸水率；D—密度；CS—抗压强度；MOR—弯曲强度。

由表可知，硬脂酸/MgO的重量比为5％时，发泡砖2的密度比发泡砖3的密度小，说明硬脂酸的发泡效果更好，同时，发泡砖2和3的吸水率相差不多，由于发泡砖2的发泡效果更好，发泡砖孔隙率较大，导致其抗压强度和弯曲强度都要低于发泡砖3。对比发泡砖1和3，由于发泡砖1添加硬脂酸较多，发泡效果更好，所以发泡砖1的密度和亲水性都要低于发泡砖3，发泡砖1的抗压强度和弯曲强度则低于发泡砖3。发泡砖4使用正十二酸作为发泡剂，对比发泡砖3和4，发泡砖3的密度小于发泡砖4，说明硬脂酸的发泡效果优于正十二酸，而硬脂酸的疏水性较正十二酸的要强，所以发泡砖3的吸水率低于发泡砖4，发泡砖3的发泡效果较好，导致其抗压强度和弯曲强度较4低。发泡砖5所用发泡剂为聚丙烯酸，由于聚丙烯酸的水溶性较好，所以发泡砖5的吸水率最大，但聚丙烯酸的发泡效果较差，所以发泡砖5的密度较大，由于发泡效果不佳，所以孔径较小，孔壁较厚，抗压强度和弯曲强度较好。以上各发泡砖的性能各有千秋，总体都不错。综合来看，发泡砖3各指标均衡性较好，具有高质量、低密度的特点，物理性能优良，是比较理想的发泡制品。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种发泡制品的生产装置，其特征在于，包括：

烟气脱硫设备，用于采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液，所述的烟气脱硫浆液中含有硫酸镁；

浆液储存设备，用于储存来自烟气脱硫设备的烟气脱硫浆液，并将烟气脱硫浆液输送至反应设备；

反应设备，用于接收来自浆液储存设备的烟气脱硫浆液，并通过向该烟气脱硫浆液中添加硫酸和氧化镁以提高该烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度，从而形成晶浆，所述晶浆中含有硫酸镁晶体；

氧化镁供给设备，用于提供发泡制品用氧化镁；

硫酸供给设备，用于提供发泡制品用硫酸；

废灰供给设备，用于提供发泡制品用废灰；

渣料供给设备，用于提供发泡制品用渣料；

发泡组分供给设备，用于提供发泡组分；

其他添加剂供给设备，用于提供发泡制品用其他添加剂，所述的其他添加剂不包含废灰、渣料和发泡组分；

混合加工设备，用于将来自反应设备的晶浆、来自氧化镁供给设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料、来自添加剂供给设备的发泡制品用其他添加剂和来自发泡组分供给设备的发泡组分混合加工，以形成发泡制品；

其中，所述浆液储存设备、反应设备、氧化镁供给设备、硫酸供给设备、废灰供给设备、渣料供给设备、其他添加剂供给设备、发泡组分供给设备和混合加工设备均位于所述烟气脱硫设备的外部。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的烟气脱硫设备内的上部设有吸收喷淋区，用于采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括渣料研磨设备，用于将发泡制品用渣料研磨为粉末，并输送至渣料供给设备。

4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述的发泡制品的生产装置为生产发泡砖的装置。

5.一种利用权利要求1～4任一项所述的装置生产发泡制品的方法，包括如下步骤：

1)烟气脱硫步骤：在烟气脱硫设备中采用氧化镁法脱除烟气中的二氧化硫，并形成烟气脱硫浆液，所述的烟气脱硫浆液中含有硫酸镁；

2)浆液排出步骤：将烟气脱硫设备的烟气脱硫浆液排出至浆液储存设备；

3)反应步骤：在反应设备中接收来自浆液储存设备的烟气脱硫浆液，并向该烟气脱硫浆液中添加硫酸和氧化镁以提高该烟气脱硫浆液的硫酸镁浓度，从而形成晶浆，所述晶浆中含有硫酸镁晶体；

4)混合加工步骤：在混合加工设备中将来自反应设备的晶浆、来自氧化镁供给设备的氧化镁，来自废灰供给设备的废灰、来自渣料供给设备的发泡制品用渣料、来自其他添加剂供给设备的发泡制品用其他添加剂和来自发泡组分供给设备的发泡组分混合加工，以形成发泡制品。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述晶浆中硫酸镁与氧化镁的重量比在0.8～1.2:1。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤4)中，

所述渣料选自炉渣、矿渣、钢渣、铁渣的一种或多种；

所述废灰选自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、页岩粉中的一种或多种；

所述其他添加剂包括选自以下添加剂的一种或多种：硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基膦酸、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素、羟丙基甲基纤维素或硅氧烷；

所述发泡组分包括有机发泡剂或无机发泡剂；所述的有机发泡剂选自有机羧酸、有机羧酸的酸酐或单羧酸盐的一种或多种；所述的无机发泡剂选自碳酸氢钠或碳酸铵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发泡组分还包括引气剂，所述的引气剂选自皂化的松香树脂、文沙尔树脂、皂化的吐尔油、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油羟的磺化盐中的一种或多种。

9.一种发泡制品，其特征在于，所述发泡制品由发泡原料制备得到：

所述的发泡原料包括20～40重量份的烟气脱硫浆液，20～30重量份的氧化镁，6～10重量份的硫酸，15～30重量份的渣料，20～40重量份的废灰，5～20重量份的其他添加剂；

所述的发泡原料还包括发泡组分，所述发泡组分包括发泡剂和引气剂，发泡剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％，引气剂用量为氧化镁用量的3wt％～10wt％。

10.根据权利要求9所述的发泡制品，其特征在于，所述的发泡剂为硬脂酸、正十二酸或聚丙烯酸；所述的引气剂为十二烷基苯磺酸钠。