CN109704710B - 一种动态连续生产超高强石膏的方法 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种动态连续生产超高强石膏的方法，在石膏中加入水、减水剂、缓冲剂混合均匀后，用泵将其注入蒸压釜中发生转晶反应得到高强石膏，将高强石膏连续注入粒径调控釜后，泵入稳定釜、加入缓凝剂、搅拌均匀后，用泵将高强石膏注入液固分离器中脱水，脱水后的高强石膏通过料封装置连续进入干燥打散机，通过收尘器得到高强石膏干粉，在高强石膏干粉中加入增强剂，得到超高强石膏成品。同已有技术方案相比，本方法生产成本低，生产效率高，产品质量好的特点。

Description

一种动态连续生产超高强石膏的方法

技术领域

本发明涉及工业废渣的资源化利用领域，具体涉及工业副产石膏高质化利用。

背景技术

石膏是硫酸盐矿物，其化学分子式为CaSO₄·xH₂O。石膏分为天然石膏和工业副产石膏。目前，工业副产石膏主要为磷石膏、脱硫石膏和钛石膏。

磷石膏是湿法磷酸生产过程中排放的工业废渣，由于生产流程的不同而会含有二水石膏（CaSO4·2H2O）和半水石膏（CaSO4·0.5H2O）以二水石膏为主要成份。此外还含有少量未分解的磷矿粉、游离磷酸、磷酸铁、磷酸铝和氟硅酸盐等杂质；全世界磷石膏的年排放量接近2亿吨，我国磷石膏的年排放量也超过1000万吨。这不仅占用大量土地,而且严重地污染了环境[席美云.磷石膏的综合利用[J]. 环境科学与技术，2001，（3）：10-13]。由于磷石膏含有游离磷酸，在使用前可加入碳酸钙，使磷酸转变为磷酸氢钙，降低其对产品性能的影响。

脱硫石膏是火力发电厂石灰石-石灰湿法烟气脱硫产生的副产品，该副产品主要为二水石膏；我国禁止脱硫石膏向江湖、河海排放。采用堆存的方式处理脱硫石膏，占用土地、影响环境、占用资金、浪费资源，影响电厂的经济和环境效应[王小飞，刘伦，马鹏军，等.火电厂脱硫石膏及其综合利用[J]. 神华科技，2009，7（6）：42-45]。

钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时, 为治理酸性废水, 加入石灰石中和酸性废水而产生的废渣, 其主要成分为二水石膏。钛石膏的排放不仅占用大量土地，又污染环境。由于受到雨水的冲洗,堆砌场上的钛石膏会发生流失，同时，钛石膏经过雨水的冲刷和浸泡，可溶性有害物质溶于水中，经水在环境中的流动和循环，会严重污染地表水以及地下水；另一方面，钛石膏堆积经日晒风吹后，少部分会以粉末状飘散于大气中，以及沉降到可能接触到的外物表面，既污染环境又威胁健康[李国忠，赵帅，于洋.钛石膏在建筑材料领域的应用研究[J]. 砖瓦，2008，（3）：58-60]。

螺旋给料机就是在中心轴上安装了螺旋片，轴和螺旋片在一固定的外壳内旋转，具有输送原料功能的机械装置。当改变螺旋的螺径或者螺距时，给料机的输送能力就会发生改变，通过给料机输送能力的变化使原料在给料机内堆积，从而起到原料密封的作用，这就是料封 [伊晓路，张晓东，郭东彦，等.循环流化床螺旋给料器料封装置[J].可再生能源，2004，（5）：41-43]。

工业石膏为二水石膏，一般在蒸压条件下（110-180℃）发生转晶反应，得到半水石膏。为得到形貌可控的半水石膏，常加入转晶剂；本发明采用调整溶液pH，实现半水石膏形貌调控。在粒径调控釜中采用机械搅拌和陶瓷球整形的方法控制石膏晶体粒径连续分布。

目前用工业副产石膏制备高强石膏工艺过程不连续，效率低、成本高，阻碍了石膏的利用，另外目前的高强石膏强度还是较低，防水性能较差，也阻碍其高值化应用。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种动态连续生产超高强石膏的方法，同已有技术方案相比，本方法能节约生产成本，降低能耗，提高效率；并能显著提高石膏质量，具有显著的经济效益和社会效益。

一种动态连续生产超高强石膏的方法，包括以下步骤：

在石膏中加入水、减水剂、缓冲剂混合均匀后，用泵将其注入蒸压釜中发生转晶反应得到高强石膏，将高强石膏连续注入粒径调控釜后，泵入稳定釜中、加入缓凝剂、搅拌均匀后，用泵将高强石膏注入液固分离器中脱水，脱水后的高强石膏通过料封装置连续进入干燥打散机，通过收尘器得到高强石膏干粉，在高强石膏干粉中加入增强剂，得到超高强石膏成品。

所述水的加入量为石膏质量的10-50%。

所述的减水剂为松香皂、烷基苯磺酸钙、木质素磺酸钙、聚羧酸钙、氧化石蜡皂及其衍生物中的一种，加入量为石膏质量的0.01-0.5%。

所述的缓冲剂为顺丁烯二酸钙、柠檬酸钙、环己基氨基磺酸钙、酒石酸钙中的一种，加入量为石膏质量的0.01-0.5%。

所述的缓凝剂为聚乙烯醇、羟基羧酸盐、纤维素醚、二乙醇胺中的一种，加入量为石膏质量的0.01-0.5%。

所述的粒径调控釜采用锚式搅拌，并加有陶瓷球。

所述的料封装置为螺旋给料器料封装置。

所述的有机增强剂为聚丙烯酸、脲醛树脂、环氧树脂和正丁基缩水甘油醚及其衍生物中的一种，加入量为石膏质量的1-5%。

所述的无机增强剂为莫来石晶须、硼酸铝晶须、硼酸镁晶须中的一种，加入量为石膏质量的20-30%。

所述液固分离器分离出的水通过锁压阀后循环利用。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

减水剂可以吸附在石膏表面，增加石膏的分散性，降低水的加入量，从而降低生产成本。

在石膏发生转晶过程中，溶液的pH将影响半水石膏晶粒的形貌，通过缓凝剂可以稳定溶液的pH值，有利于得到等轴的晶粒。

半水石膏在自由环境中生长容易得到粒径接近的晶粒，粒径调控釜可将部分晶粒破碎，破碎下的碎屑，在釜中重新结晶得到细小的晶粒，得到的高强石膏粉体中，半水石膏的晶粒从50nm-10μm连续分布，连续分布的等轴晶粒，半水石膏水化后有利于减少石膏体中的空隙，从而有利于提高石膏的强度。另外，半水石膏水化时，小晶粒为纳米级先水化成二水石膏晶核，具有晶种的作用，有利于半水石膏结晶为纤维状二水石膏，得到的二水石膏晶粒细小，相互交叉，从而提高石膏强度。

半水石膏在转晶温度以下，容易与水反应生成二水石膏，从而影响产品的强度。在未脱水的高强石膏中加入缓凝剂，可阻碍半水石膏水解，保证其强度不下降。

液固分离器为密闭的真空带式过滤机、转鼓真空过滤机或螺旋挤压机中的一种，均可将液固分离，同时保证一定正压，不会使蒸压釜泄压。

料封装置根据螺旋给料器料封的原理设计，具有结构简单，密封效果好的特点，可以保证蒸压釜中的压力不泄压，具有连续出料的特点。

有机增强剂为有机物，在超高强石膏使用时，加入水溶液后，可填充于石膏颗粒的孔隙从而提高强度，还具有防水功能。

无机增强剂具有较高的强度，可显著提高材料的强度。莫来石晶须由粉煤灰为原料用熔盐法制备，硼酸铝晶须用铝矾土和天然硼砂为原料用熔盐法制备，硼酸镁晶须用硼镁石和天然硼砂为原料用熔盐法制备；本发明晶须具有成本低的特点。

锁压阀根据火力发电用的汽轮机的原理设计，当连续从高压容器中排水时，高压釜中压力具有稳定的特点。锁压阀转轴连接发电机，可以得到电能，有利于能源循环。

本专利利用工业废物，实现资源综合利用，得到的石膏强度高。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

（1）在石膏中加入水、减水剂、缓冲剂混合均匀后，用泵将其注入蒸压釜中发生转晶反应得到高强石膏，高强石膏的配方见表1。

表1

（2）将高强石膏连续注入粒径调控釜后，泵入稳定釜、加入缓凝剂、搅拌均匀后，用泵将高强石膏注入液固分离器中脱水，脱水后的高强石膏通过料封装置连续进入干燥打散机，通过收尘器得到高强石膏干粉，在高强石膏干粉中加入有机和无机增强剂，得到超高强石膏成品。实施例中缓凝剂和增强剂加入量见表2。

表2

从实施例1-实施例21可以得出，得到的超高强石膏干抗压强度均大于100MPa。本专利采用的石膏不限于磷石膏、脱硫石膏和钛石膏。

本发明的实施例均可实施并能达到发明目的。本发明不限于这些实施例。

Claims (3)

1.一种动态连续生产超高强石膏的方法，其特征在于，依次包括下述步骤：在石膏中加入水、减水剂、缓冲剂混合均匀后，用泵将其注入蒸压釜中发生转晶反应得到高强石膏，将高强石膏连续注入粒径调控釜后，泵入稳定釜中、加入缓凝剂、搅拌均匀后，用泵将高强石膏注入液固分离器中脱水，脱水后的高强石膏通过料封装置连续进入干燥打散机，通过收尘器得到高强石膏干粉，在高强石膏干粉中加入有机增强剂和无机增强剂，得到超高强石膏成品；其中，石膏为磷石膏、钛石膏中的一种；减水剂为松香皂、氧化石蜡皂及其衍生物中的一种，加入量为石膏质量的0.01-0.5%；缓冲剂为环己基氨基磺酸钙，加入量为石膏质量的0.01-0.5%；缓凝剂为聚乙烯醇、纤维素醚、二乙醇胺中的一种，加入量为石膏质量的0.01-0.5%；粒径调控釜采用锚式搅拌，并加有陶瓷球；料封装置为螺旋给料器料封装置；有机增强剂为聚丙烯酸、脲醛树脂、环氧树脂和正丁基缩水甘油醚及其衍生物中的一种，加入量为石膏质量的1-5%；无机增强剂为莫来石晶须、硼酸铝晶须、硼酸镁晶须中的一种，加入量为石膏质量的20-30%。

2.根据权利要求1所述的一种动态连续生产超高强石膏的方法，其特征在于，所述水的加入量为石膏质量的10-50%。

3.根据权利要求1所述的一种动态连续生产超高强石膏的方法，其特征在于，所述液固分离器分离出的水通过锁压阀后循环利用。