CN109053009B - 一种α高强石膏粉生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开α高强石膏粉生产工艺，包括如下步骤：(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液；(B)在预转晶A罐(2)中进行第一次预转晶：将步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液泵入到预转晶A罐(2)中并加入转晶剂A，通过鼓泡混合搅拌；(C)在预转晶B罐(3)中进行第二次预转晶：将步骤(B)中得到的混合物泵入到预转晶B罐(3)中并加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌；(D)在转晶罐(4)转晶：将步骤(C)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。所得α高强石膏粉无须球磨改性其2小时抗折强度即可达9.5MPa、干抗压强度高达98.2MPa。
Description
技术领域
本发明涉及工业废弃物的资源再生利用。更具体地，涉及一种α高强石膏粉生产工艺。
背景技术
工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏。主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、乳酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等。工业副产石膏经过适当处理，完全可以替代天然石膏。
在众多工业副产石膏中，乳酸副产石膏具有品位高，有害杂质少的优点。可用于生产模具石膏、腻子石膏、粉刷石膏、以及纸面石膏板、石膏砌块、石膏空心条板、干混砂浆、石膏砖等石膏建材制品。申请人在乳酸生产后提取过程中，会产生大量的副产物硫酸钙废渣，因废渣中含有一定的有机质(糖、蛋白等杂质)，通常填埋处理，污染环境，浪费资源。
α型半水石膏是用饱和蒸汽在压力状态下蒸煮后烘干获得，也叫高强度石膏，α型半水石膏粉作为一种优质的胶凝材料，被广泛应用于陶瓷、精密铸造、医用、航空、船舶、汽车、塑料、建筑艺术及工艺美术等领域，制成各种模具、模型，由于其自身性能的优越性而倍受青睐，社会需求量非常大。随着近几年经济的迅猛发展，这种需求量在不断增加，而且对α石膏粉的质量及性能要求也越来越高。特别是采用水热法生产α-型高强度石膏，其发育而成的石膏晶体特别完善，纯度特别高，使其机械性能大大提高，其干燥性能抗压强度都比较高，而且其制品具有强度高、硬度大、耐磨性好、轮廓清晰、梭角突出、仿真性强等优点。可作为特种石膏粉用作包括精密铸造石膏、牙科模用石膏、黄金首饰铸造、琉璃铸造和吸塑石膏等。大大提升了我国建材行业及金属制造业产品技术水平，为我国赶超发达国家，提供有力的保证。
但是水热法生产的α型半水石膏需要在转晶釜内进行密闭加热转晶，而工业化生产最佳方案是流水线作业，最好是动态的流水线作业，这样可以大大降低生产成本，而水热法不能满足这种要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种适用于工业化生产的α高强石膏粉生产工艺。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种α高强石膏粉生产工艺，包括如下步骤：
(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液：以乳酸生产过程中的副产品石膏为原料，首先对原料进行水洗、过滤、弃去滤液、得水洗后的石膏原料，然后将水洗后的石膏原料加入到溶剂水中，水洗后的石膏原料为溶剂水和水洗后的石膏原料总质量的30-40％，通过鼓泡将石膏原料和溶剂水充分混合，形成硫酸钙悬浊液；
(B)在预转晶A罐(2)中进行第一次预转晶：将步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液泵入到预转晶A罐(2)中并加入转晶剂A，通过鼓泡混合搅拌；
(C)在预转晶B罐(3)中进行第二次预转晶：将步骤(B)中得到的混合物泵入到预转晶B罐(3)中并加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌；
(D)在转晶罐(4)转晶：将步骤(C)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(B)中，加入的转晶剂A的量为水洗后的石膏原料质量的0.01-0.05％。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(B)中，转晶剂A的制备方法如下：将浓度为0.1-0.5g/mL的氨基吡嗪羧酸的水溶液缓慢加入到浓度为0.01-0.1g/mL的氯化锰水溶液中，搅拌10min，室温下静置，直至析出粉色块状晶体，将粉色块状晶体粉碎至500-800目。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(B)中，混合搅拌时间为60min-120min，温度为20-30℃。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(C)中，加入的转晶剂B的质量为水洗后的石膏原料质量的0.5-1％。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(C)中，转晶剂B由化合物一和化合物二按照质量比10-20:1组成；化合物一的制备方法为如下：向甘氨酸饱和水溶液中加入硫酸锰，甘氨酸与硫酸锰的物质的量之比为1:0.5-1，在搅拌下进行水浴加热，水浴温度为50-60℃，当有白色沉淀生成时停止加热，自然冷却至室温，向反应后的混合物中加入甲醇并搅拌均匀，甲醇的加入量为反应后的混合物体积的1-2倍，静置过夜，过滤，滤渣在50-60℃真空干燥箱干燥5-10h，即得化合物一；化合物二为碱式碳酸铋。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(C)中，预转晶B罐(2)中的温度为50-60℃，搅拌时间为30-60min。
上述α高强石膏粉生产工艺，在步骤(D)中，通过泵三(7)将预转晶B罐(3)中预转晶处理后的硫酸钙悬浊液泵入转晶罐(4)，并通过喷嘴(8)向下喷出预转晶处理后的硫酸钙悬浊液；通过第一风机(11)将净化后的室温空气输送到空气加热器(10)中，空气加热器(10)将净化后的室温空气加热至120-150℃，热空气从转晶罐(4)下部导入到转晶罐(4)内并通过热风导向器(9)喷出，热风导向器(9)位于喷嘴(8)下方；热空气与喷嘴(8)喷出的硫酸钙悬浊液进行热交换，转晶后的硫酸钙落入转晶罐(4)的底部，热空气携带水蒸气向上流动并从转晶罐(4)上部的排气口排出，并通过第二风机(12)输送至空气冷凝器(13)，空气冷凝器(13)的温度为50-60℃，经空气冷凝器(13)冷凝后的气体依次输送至预转晶B罐(3)、预转晶A罐(2)、原料罐(1)和第一风机(11)。
上述α高强石膏粉生产工艺，喷嘴(8)出液孔的孔径为2-5mm；热风导向器(9)包括一个热风圆管(15)和一个热风挡板(14)，热风挡板(14)与热风圆管(15)固定连接且位于热风圆管(15)的正上方，温度为120-150℃的热风从热风挡板(14)和热风圆管(15)之间缝隙横向喷入到转晶罐(4)内。
本发明的有益效果如下：
本发明α高强石膏粉生产工艺，反应装置简单、操作简单、可量产，所得到的α高强石膏粉干抗压强度高，能够实现动态流水线生产，适宜工业化推广应用。申请人通过对乳酸发酵后提取过程产生的硫酸钙废渣综合利用，变废为宝，加工生产石膏粉，提升产品附加值，彻底解决了硫酸钙渣的出路问题。所得α高强石膏粉无须球磨改性其2小时抗折强度即可达9.5MPa、干抗压强度高达98.2MPa。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明α高强石膏粉生产工艺的装置及工艺流程图；
图2为本发明α高强石膏粉生产工艺中热风导向器结构示意图。
图中：
1-原料罐；2-预转晶A罐；3-预转晶B罐；4-转晶罐；5-泵一；6-泵二；7-泵三；8-喷嘴；9-热风导向器；10-；11-第一风机；12-第二风机；13-空气冷凝器；14-热风挡板；15-热风圆管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种α高强石膏粉生产工艺，包括如下步骤：
(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液：以乳酸生产过程中的副产品石膏为原料，首先对原料进行水洗、过滤、弃去滤液、得水洗后的石膏原料，然后将水洗后的石膏原料加入到溶剂水中，水洗后的石膏原料为溶剂水和水洗后的石膏原料总质量的40％，通过鼓泡将石膏原料和溶剂水充分混合，形成硫酸钙悬浊液；
(B)在预转晶A罐(2)中进行第一次预转晶：将步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液通过泵一5泵入到预转晶A罐(2)中并加入转晶剂A，通过鼓泡混合搅拌；混合搅拌时间为60min，温度为20℃。
加入的转晶剂A的量为水洗后的石膏原料质量的0.05％，转晶剂A的制备方法如下：将浓度为0.2g/mL的氨基吡嗪羧酸的水溶液缓慢加入到浓度为0.05g/mL的氯化锰水溶液中，搅拌10min，室温下静置，直至析出粉色块状晶体，将粉色块状晶体粉碎至500-800目。
(C)在预转晶B罐(3)中进行第二次预转晶：将步骤(B)中得到的混合物通过泵二6泵入到预转晶B罐(3)中并加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌，预转晶B罐(2)中的温度为60℃，搅拌时间为30min。加入的转晶剂B的质量为水洗后的石膏原料质量的1％，转晶剂B由化合物一和化合物二按照质量比10-20:1组成；化合物一的制备方法为如下：向甘氨酸饱和水溶液中加入硫酸锰，甘氨酸与硫酸锰的物质的量之比为1:1，在搅拌下进行水浴加热，水浴温度为60℃，当有白色沉淀生成时停止加热，自然冷却至室温，向反应后的混合物中加入甲醇并搅拌均匀，甲醇的加入量为反应后的混合物体积的2倍，静置过夜，过滤，滤渣在60℃真空干燥箱干燥5h，即得化合物一；化合物二为碱式碳酸铋。
(D)在转晶罐(4)转晶：将步骤(C)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。通过泵三(7)将预转晶B罐(3)中预转晶处理后的硫酸钙悬浊液泵入转晶罐(4)，并通过喷嘴(8)向下喷出预转晶处理后的硫酸钙悬浊液；通过第一风机(11)将净化后的室温空气输送到空气加热器(10)中，空气加热器(10)将净化后的室温空气加热至130℃，热空气从转晶罐(4)下部导入到转晶罐(4)内并通过热风导向器(9)喷出，热风导向器(9)位于喷嘴(8)下方；热空气与喷嘴(8)喷出的硫酸钙悬浊液进行热交换，转晶后的硫酸钙落入转晶罐(4)的底部，热空气携带水蒸气向上流动并从转晶罐(4)上部的排气口排出，并通过第二风机(12)输送至空气冷凝器(13)，空气冷凝器(13)的温度为60℃，经空气冷凝器(13)冷凝后的气体依次输送至预转晶B罐(3)、预转晶A罐(2)、原料罐(1)和第一风机(11)。
喷嘴(8)出液孔的孔径为2-5mm；热风导向器(9)包括一个热风圆管(15)和一个热风挡板(14)，热风挡板(14)与热风圆管(15)固定连接且位于热风圆管(15)的正上方，温度为130℃的热风从热风挡板(14)和热风圆管(15)之间缝隙横向喷入到转晶罐(4)内。石膏粉从转晶罐(4)底部排出，所得α高强石膏粉的性能参数如表1所示。
对比例1
一种α高强石膏粉生产工艺，包括如下步骤：
(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液：以乳酸生产过程中的副产品石膏为原料，首先对原料进行水洗、过滤、弃去滤液、得水洗后的石膏原料，然后将水洗后的石膏原料加入到溶剂水中，水洗后的石膏原料为溶剂水和水洗后的石膏原料总质量的40％，通过鼓泡将石膏原料和溶剂水充分混合，形成硫酸钙悬浊液；
在步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液中加入转晶剂A，通过鼓泡混合搅拌。加入的转晶剂A的量为水洗后的石膏原料质量的0.05％，转晶剂A的制备方法如下：将浓度为0.2g/mL的氨基吡嗪羧酸的水溶液缓慢加入到浓度为0.05g/mL的氯化锰水溶液中，搅拌10min，室温下静置，直至析出粉色块状晶体，将粉色块状晶体粉碎至500-800目。
同时在步骤(A)中得到的混合物中加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌。加入的转晶剂B的质量为水洗后的石膏原料质量的1％，转晶剂B由化合物一和化合物二按照质量比10-20:1组成；化合物一的制备方法为如下：向甘氨酸饱和水溶液中加入硫酸锰，甘氨酸与硫酸锰的物质的量之比为1:1，在搅拌下进行水浴加热，水浴温度为60℃，当有白色沉淀生成时停止加热，自然冷却至室温，向反应后的混合物中加入甲醇并搅拌均匀，甲醇的加入量为反应后的混合物体积的2倍，静置过夜，过滤，滤渣在60℃真空干燥箱干燥5h，即得化合物一；化合物二为碱式碳酸铋。
混合搅拌时间为60min，温度为20℃。
(B)在转晶罐(4)转晶：将步骤(A)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。通过泵三(7)将预转晶B罐(3)中预转晶处理后的硫酸钙悬浊液泵入转晶罐(4)，并通过喷嘴(8)向下喷出预转晶处理后的硫酸钙悬浊液；通过第一风机(11)将净化后的室温空气输送到空气加热器(10)中，空气加热器(10)将净化后的室温空气加热至130℃，热空气从转晶罐(4)下部导入到转晶罐(4)内并通过热风导向器(9)喷出，热风导向器(9)位于喷嘴(8)下方；热空气与喷嘴(8)喷出的硫酸钙悬浊液进行热交换，转晶后的硫酸钙落入转晶罐(4)的底部，热空气携带水蒸气向上流动并从转晶罐(4)上部的排气口排出，并通过第二风机(12)输送至空气冷凝器(13)，空气冷凝器(13)的温度为60℃，经空气冷凝器(13)冷凝后的气体依次输送至预转晶B罐(3)、预转晶A罐(2)、原料罐(1)和第一风机(11)。
喷嘴(8)出液孔的孔径为2-5mm；热风导向器(9)包括一个热风圆管(15)和一个热风挡板(14)，热风挡板(14)与热风圆管(15)固定连接且位于热风圆管(15)的正上方，温度为130℃的热风从热风挡板(14)和热风圆管(15)之间缝隙横向喷入到转晶罐(4)内。石膏粉从转晶罐(4)底部排出，所得石膏粉的性能参数如表1所示。
对比例2
一种α高强石膏粉生产工艺，包括如下步骤：
(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液：以乳酸生产过程中的副产品石膏为原料，首先对原料进行水洗、过滤、弃去滤液、得水洗后的石膏原料，然后将水洗后的石膏原料加入到溶剂水中，水洗后的石膏原料为溶剂水和水洗后的石膏原料总质量的40％，通过鼓泡将石膏原料和溶剂水充分混合，形成硫酸钙悬浊液；
(B)在预转晶B罐(3)中进行预转晶：
将步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液泵入到预转晶B罐(3)中并分别加入转晶剂A和转晶剂B【本实施例相比实施例1，没有使用预转晶A罐】，通过鼓泡混合搅拌。加入的转晶剂A的量为水洗后的石膏原料质量的0.05％，转晶剂A的制备方法如下：将浓度为0.2g/mL的氨基吡嗪羧酸的水溶液缓慢加入到浓度为0.05g/mL的氯化锰水溶液中，搅拌10min，室温下静置，直至析出粉色块状晶体，将粉色块状晶体粉碎至500-800目。
同时在步骤(A)中得到的混合物中加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌。加入的转晶剂B的质量为水洗后的石膏原料质量的1％，转晶剂B由化合物一和化合物二按照质量比10-20:1组成；化合物一的制备方法为如下：向甘氨酸饱和水溶液中加入硫酸锰，甘氨酸与硫酸锰的物质的量之比为1:1，在搅拌下进行水浴加热，水浴温度为60℃，当有白色沉淀生成时停止加热，自然冷却至室温，向反应后的混合物中加入甲醇并搅拌均匀，甲醇的加入量为反应后的混合物体积的2倍，静置过夜，过滤，滤渣在60℃真空干燥箱干燥5h，即得化合物一；化合物二为碱式碳酸铋。
预转晶B罐(2)中的温度为60℃，搅拌时间为30min。
(C)在转晶罐(4)转晶：将步骤(B)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。通过泵三(7)将预转晶B罐(3)中预转晶处理后的硫酸钙悬浊液泵入转晶罐(4)，并通过喷嘴(8)向下喷出预转晶处理后的硫酸钙悬浊液；通过第一风机(11)将净化后的室温空气输送到空气加热器(10)中，空气加热器(10)将净化后的室温空气加热至130℃，热空气从转晶罐(4)下部导入到转晶罐(4)内并通过热风导向器(9)喷出，热风导向器(9)位于喷嘴(8)下方；热空气与喷嘴(8)喷出的硫酸钙悬浊液进行热交换，转晶后的硫酸钙落入转晶罐(4)的底部，热空气携带水蒸气向上流动并从转晶罐(4)上部的排气口排出，并通过第二风机(12)输送至空气冷凝器(13)，空气冷凝器(13)的温度为60℃，经空气冷凝器(13)冷凝后的气体依次输送至预转晶B罐(3)、预转晶A罐(2)、原料罐(1)和第一风机(11)。
喷嘴(8)出液孔的孔径为2-5mm；热风导向器(9)包括一个热风圆管(15)和一个热风挡板(14)，热风挡板(14)与热风圆管(15)固定连接且位于热风圆管(15)的正上方，温度为130℃的热风从热风挡板(14)和热风圆管(15)之间缝隙横向喷入到转晶罐(4)内。石膏粉从转晶罐(4)底部排出，所得石膏粉的性能参数如表1所示。
表1
| 抗折强度Mpa | 干抗压强度Mpa | |
| 实施例1 | 9.5 | 98.2 |
| 对比例1 | 6.5 | 65.3 |
| 对比例2 | 7.2 | 78.6 |
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种α高强石膏粉生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(A)在原料罐(1)中制备硫酸钙悬浊液：以乳酸生产过程中的副产品石膏为原料，首先对原料进行水洗、过滤、弃去滤液、得水洗后的石膏原料，然后将水洗后的石膏原料加入到溶剂水中，水洗后的石膏原料为溶剂水和水洗后的石膏原料总质量的30-40％，通过鼓泡将石膏原料和溶剂水充分混合，形成硫酸钙悬浊液；
(B)在预转晶A罐(2)中进行第一次预转晶：将步骤(A)中得到的硫酸钙悬浊液泵入到预转晶A罐(2)中并加入转晶剂A，通过鼓泡混合搅拌；加入的转晶剂A的量为水洗后的石膏原料质量的0.01-0.05％；混合搅拌时间为60min-120min，温度为20-30℃；
转晶剂A的制备方法如下：将浓度为0.1-0.5g/mL的氨基吡嗪羧酸的水溶液缓慢加入到浓度为0.01-0.1g/mL的氯化锰水溶液中，搅拌10min，室温下静置，直至析出粉色块状晶体，将粉色块状晶体粉碎至500-800目；
(C)在预转晶B罐(3)中进行第二次预转晶：将步骤(B)中得到的混合物泵入到预转晶B罐(3)中并加入转晶剂B，通过鼓泡混合搅拌；加入的转晶剂B的质量为水洗后的石膏原料质量的0.5-1％；
转晶剂B由化合物一和化合物二按照质量比10-20:1组成；化合物一的制备方法为如下：向甘氨酸饱和水溶液中加入硫酸锰，甘氨酸与硫酸锰的物质的量之比为1:0.5-1，在搅拌下进行水浴加热，水浴温度为50-60℃，当有白色沉淀生成时停止加热，自然冷却至室温，向反应后的混合物中加入甲醇并搅拌均匀，甲醇的加入量为反应后的混合物体积的1-2倍，静置过夜，过滤，滤渣在50-60℃真空干燥箱干燥5-10h，即得化合物一；化合物二为碱式碳酸铋；
(D)在转晶罐(4)转晶：将步骤(C)中所得混合物喷入转晶罐中，得到α高强石膏粉。
2.根据权利要求1所述的α高强石膏粉生产工艺，其特征在于，在步骤(C)中，预转晶B罐(2)中的温度为50-60℃，搅拌时间为30-60min。
3.根据权利要求1所述的α高强石膏粉生产工艺，其特征在于，在步骤(D)中，通过泵三(7)将预转晶B罐(3)中预转晶处理后的硫酸钙悬浊液泵入转晶罐(4)，并通过喷嘴(8)向下喷出预转晶处理后的硫酸钙悬浊液；通过第一风机(11)将净化后的室温空气输送到空气加热器(10)中，空气加热器(10)将净化后的室温空气加热至120-150℃，热空气从转晶罐(4)下部导入到转晶罐(4)内并通过热风导向器(9)喷出，热风导向器(9)位于喷嘴(8)下方；热空气与喷嘴(8)喷出的硫酸钙悬浊液进行热交换，转晶后的硫酸钙落入转晶罐(4)的底部，热空气携带水蒸气向上流动并从转晶罐(4)上部的排气口排出，并通过第二风机(12)输送至空气冷凝器(13)，空气冷凝器(13)的温度为50-60℃，经空气冷凝器(13)冷凝后的气体依次输送至预转晶B罐(3)、预转晶A罐(2)、原料罐(1)和第一风机(11)。
4.根据权利要求3所述的α高强石膏粉生产工艺，其特征在于，喷嘴(8)出液孔的孔径为2-5mm；热风导向器(9)包括一个热风圆管(15)和一个热风挡板(14)，热风挡板(14)与热风圆管(15)固定连接且位于热风圆管(15)的正上方，温度为120-150℃的热风从热风挡板(14)和热风圆管(15)之间缝隙横向喷入到转晶罐(4)内。
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| CN103288370A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-11 | 平邑开元新型建材有限公司 | 化学石膏干法生产高强α石膏的工艺 |
-
2018
- 2018-09-26 CN CN201811123956.5A patent/CN109053009B/zh active Active
Patent Citations (6)
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