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磷石膏原料特性对熟石膏粉产品强度的影响研究

宁夏石膏工业设计研究院  王惠琴等 磷石膏课题组全体成员

摘要:本文通过对磷石膏原料的结晶形态的特性分析,针对各种结晶形态的磷石膏采用不同的煅烧工艺,取得的产品性能进行分析研究,并就取得的试验结果采用我院研究设计的“年产10万吨磷石膏闪烧煅烧窑”进行生产性验证试验,确定了适应不同结晶形态磷石膏原料特性的生产工艺参数,并从产业化角度进一步确定了经济、成本低廉、简洁、流畅的生产工艺,该生产工艺的特点是磷石膏原料不需要做任何预处理(水洗等),无二次污染,环保达标并实现清洁生产,并已在宁夏银川建成年产10万吨磷石膏建筑石膏粉示范生产线,目前该生产线运行稳定,产品质量达到国家标准要求,并广泛用于生产各种建筑制品,投入市场应用。

1 前言:

我国是一个农业大国,近年来,随着我国磷肥及磷复肥工业的迅速发展,其副产品---磷石膏大量产生,年产量达2000万吨以上,大部分尚未利用,严重污染了环境。在磷石膏的制造过程中,磷石膏生成条件的不同,磷矿石及添加物的不同,导致其结晶形态和杂质含量也不同,从而得到性状不同的各种磷石膏。由于磷石膏原料的这些特性,使其用途受到大大限制,目前我国磷石膏的应用尚处在有限的生产和试验生产阶段。
    本文就各种结晶形态不同的磷石膏为原料,采用不同的煅烧制度下烧成的β型石膏粉性能进行研究,关于磷石膏原料杂质成分对产品性能的影响规律,国内外相关的研究成果及试验结果较多,这里不再涉及。本文着重从磷石膏原料的结晶形态,和结晶大小,对烧成的β型石膏粉性能的影响,进行大量试验,确定与之相适应的煅烧工艺参数,完善产业化生产工艺参数,并将其投入产业化生产应用,为从事磷石膏综合利用的企业提供参考。
2 试验用的原料

表1 是由宁夏、四川、湖北等磷肥企业提供的磷石膏原料,其化学组成如表1 所示:

将表1 提供的磷石膏生产原料通过显微镜观察,其结晶形态如下:№1-2号试样为长晶体且粗大的柱状结晶,并且伴有少量的小结晶。№3-4号试样为大小薄片状结晶混合的、凝集状结晶的混合物且周围散开的细小结晶晶体。№5-6号试样为粒状大小结品混合和凝集状结晶的混合物,周围散开的细小结晶。

3 试验方法:

将上述试验用的各种磷石膏原料(附着水8-10 % ) ,不经过其他任何预处理(水洗等),试验前先过筛(26目)将大颗粒除去,得到的石膏作为本试验试样,采用我院研制的“连续闪烧试验窑”进行煅烧试验,对各种磷石膏进行不同的煅烧工艺处理,即不同煅烧工艺参数(进、出窑温度、窑的转速、加料量、物料温度)下得到的β型石膏粉,冷却至室温,在试验用盘式粉碎机粉碎至100目,供产品性能测试用。
    将取得的各种形态磷石膏最佳工艺参数在我院设计的“年产10万吨闪烧连续煅烧窑”(由沸腾炉提供高温热烟气供生产热源),进行生产性验证试验,进一步改进完善工艺装备,从产业化生产角度完善各种原料的各种生产工艺参数,确保产品质量达到国家标准要求,从而达到磷石膏广泛应用推广的目的,采用的生产工艺流程如下:

本研究产品性能测试依据GB17669.3-1999建筑石膏力学性能测定、GB17669.4-1999建筑石膏净浆物理性能的测定方法进行。
4 试验结果和分析
     众所周知,影响熟石膏粉加水搅拌得到的石膏硬化体的强度的因素非常多,例如:原料石膏的品质、烧成方法、粒度分布、陈化等的影响,而且同一种熟石膏,其拌和水量、搅拌速度、搅拌时间、温度等对强度也有一定的影响,并且在熟石膏中加入凝结时间调节剂等添加物对强度也有一定的影响。

由本研究上述试验方法,将各种结晶形态不同的磷石膏,采用相同的煅烧工艺参数下,得到的各种β石膏粉的标准稠度、强度性能有很大差异,按照强度大小顺序为:№1-2 >№5 -6 >№3-4 。
    为了详细考察每一种原料最适应的工艺参数,我们对每一种原料进行工艺参数的对比试验,大量的试验结果表明,不同结晶形态的磷石膏原料,其最佳煅烧工艺参数不同,№l -2试样,其煅烧温度带宽,其它各项工艺参数可调节范围广,工艺参数易控制,其抗折强度(2h)范围2.9-3.4MPa ,抗压强度(2h ) 范围7.8-9.0 MPa ,稠度低,强度波动范围小,产品性能稳定。№3-4试样与№1-2 试样比较,其煅烧温度带窄,其它各项工艺参数可调节范围小,工艺参数控制要求高,其抗折强度(2h)范围1.8-2.5MPa,抗压强度(2h)范围5.0-6.8MPa ,稠度大(70 %)抗压强度低,产品性能不稳定。No5-6试样,其煅烧温度带介于№1-2样与№3-4试样之间,其它各项工艺参数可调节范围较广,工艺参数控制易控制,其抗折强度(2h)范围2.4-2.7MPa ,抗压强度(2h)范围6.4-7.6 MPa。
    表2 示出了各种性状的磷石膏为原料在其最佳工艺参数下,制成的β石膏粉的标准稠度、凝结时间、强度结果。

在本研究试验条件下,通过大量反复试验,试验结果表明:结晶粗大的柱状单晶体№1-2号试样,比表面积小,标准稠度低,强度最高,观察料浆黏度小,流动性大;其次,凝集状和大小粒状单晶混合在一起的№5-6号试样,与№1-2号试样比较,其比表面积增大,标准稠度提高,强度有所降低,观察料浆黏度增大,流动性降低;晶体为薄片状大小结晶混合的结晶№3-4号试样,与№5-6号试样比较,由于比表面积更大,其标准稠度最大,强度较低(尤其是抗压强度更低),特别是浆体黏度增大,流动性更差。
    由上述结果可以看出,结晶形态及大小的不同,对熟石膏浆体性能及硬化体强度的影响不同,结晶粗大的单结晶试样的强度比薄片状、细小结晶凝集状试样的强度高。
    我们在上述试验结果的基础上,将不同结晶形态的磷石膏原料,利用我院设计研究的“年产10万吨磷石膏闪烧煅烧窑”进行生产性验证试验,通过反复生产试验,并不断的调整、改进完善生产煅烧工艺参数,以及对主要工艺设备结构的进一步调整和完善,确定了稳定可行的工艺参数,结果表明,该煅烧窑可满足各种结晶形态的磷石膏原料,工艺参数易调整,生产的产品质量达到国家标准要求,并与上述表2 的试验结果完全一致。目前由我院设计开发的“年产10万吨磷石膏生产线”在宁夏银川建成,该生产线于2006 年4 月投入正常运行,具有生产工艺简捷流畅、生产所用的原料不经过任何预处理(水洗等)、无二次污染,实现了副产石膏深加工产品的国内规模最大、高效、环保生产,产品生产成本及能耗低(50-60㎏)吨,生产的建筑石膏粉已进入市场,并己用于生产各种石膏制品(粉刷石膏、纸面石膏板、石膏大板、石膏砌块),产品得到用户的肯定,具有广阔的市场前景。
5 结论
5 . 1 磷石膏结晶形态及大小的不同,对熟石膏浆体性能及硬化体强度的影响不同,结晶粗大的单结晶试样的强度比薄片状、细小结晶凝集状试样的强度高。

5. 2 本研究成果己投入生产应用,主要生产工艺设备---年产10万吨磷石膏闪烧煅烧窑可满足各种结晶形态的原料,工艺参数易调整,产品质量达到国家标准要求。


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