專利名稱：穩(wěn)定熟石膏的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煅燒石膏粉(gypsum plaster)的后處理，所述處理也稱作強制老化或穩(wěn)定化。
背景技術(shù)：
石膏是分子式為CaSO4·2H2O的二水合硫酸鈣(DH)。天然石膏的大量沉積物形成石膏巖和石膏粒。合成石膏源于磷酸生產(chǎn)，并越來越多地源于煙氣脫硫(FGD)。
熟石膏，在本文中以及作為一般公認的術(shù)語指的是分子式為CaSO4·xH2O的部分脫水石膏，其中x＝0至0.5，當(dāng)與適量水混合時，其能夠發(fā)生重結(jié)晶形成固體結(jié)構(gòu)。
煅燒是指熱處理DH以去除一部分結(jié)合水。
半水化合物(HH)或半水合物(SH)是分子式為CaSO4·1/2H2O的亞穩(wěn)水合物。
無水石膏III(AIII)是脫水的HH，其具有可逆地吸收水或甚至蒸汽的潛能?？赡娴乃奈蔗尫懦鱿喈?dāng)多的反應(yīng)熱。
無水石膏II(AII)是完全脫水產(chǎn)物。它是在較高溫度下形成的，并且在灰泥熟石膏中不受歡迎，并且因此，在工業(yè)熟石膏的煅燒中，盡可能避免產(chǎn)生AII的條件。
HH和AIII是第一步煅燒的產(chǎn)物。首先形成AIII還是HH依賴于煅燒溫度和在煅燒氣氛中的蒸汽壓力。
通常在干燥條件下煅燒熟石膏，是的指在熱空氣中或在間接加熱煅燒容器中煅燒。在這些條件下，原始的DH顆粒的大小和形狀基本上保持相同。因此形成的熟石膏是多孔的。通常稱為塑?；夷嗷蚴焓唷９J的技術(shù)術(shù)語是β-半水合物(β-HH)。
由于熟石膏能構(gòu)造不同于含水泥漿的全新晶體結(jié)構(gòu)，可將熟石膏用作粘合劑。這是由于，首先，HH和DH的溶解度差別非常大(大約8g/l對2.7g/l)。因此，相對于DH，HH產(chǎn)生極大的過飽和。這種過飽和導(dǎo)致晶種的形成，并開始迅速重結(jié)晶。
通常，鹽的溶解度隨溫度的升高而增加。硫酸鈣的行為相當(dāng)不規(guī)則，隨溫度的升高其溶解度下降。HH和DH的溶解度曲線在大約100℃彼此相交。在85℃與100℃之間的溫度范圍內(nèi)，溶解度的差異非常小，以至于實質(zhì)上根本不能開始凝固。在75℃反應(yīng)速率仍然非常低。
由于粗糙的熱處理，β-HH的物理微觀結(jié)構(gòu)受到應(yīng)力并且非常不穩(wěn)定。因此，有人觀察到，與液態(tài)水接觸時，β-HH將部分地分解成為非常小的顆粒。然而，通過吸收濕氣，應(yīng)力降低，并且分解現(xiàn)象消失。同時，在水中溶解速度降低。這一現(xiàn)象稱為“老化”。這個術(shù)語非常容易令人誤解，因為其主要是受環(huán)境條件(濕度，溫度)的影響而不是受時間的影響。
由于老化，隨著時間的推移β-HH的流變學(xué)和凝固動力學(xué)特性會發(fā)生明顯變化。如上所述，流變學(xué)特性的變化是由于β-HH被逐步分解成非常細微的顆粒而引起的。動力學(xué)特性的變化與煅燒產(chǎn)品中晶體缺陷(高活性點)的“恢復(fù)”有關(guān)。
特性的變化主要取決于熟石膏的來源、粒度測定和煅燒條件。普遍公認的意見為吸水是老化的主要原因。AIII可以吸收大量濕氣而變成HH。然后，令人驚訝地，水的吸收繼續(xù)進行直到大約8％的結(jié)合水，這顯著高于HH的理論值，但不形成DH。
當(dāng)儲存條件以及在煅燒和應(yīng)用之間的耽擱有較大變化時，在建筑用熟石膏/刷墻粉中老化是個問題。在石膏板生產(chǎn)中，老化也是問題，雖然程度較小。
已經(jīng)基本達到最終老化的狀態(tài)的熟石膏，主要具有兩個優(yōu)點a)恒定性和可靠性；b)粒度測定的控制和，由此的流變學(xué)的控制。
這具有如下影響，例如，但不局限于·在產(chǎn)品質(zhì)量上整體變化較少；·在石膏板制造中需要干燥除去的水較少；·在建筑用熟石膏/刷墻粉中緩凝較少；·在石膏纖維板中超細粉末較少，因此更易于脫水。
熟石膏的強制老化早已屬于公知技術(shù)。基本觀點非常簡單一次性提供所需的全部水或甚至更多的水來給石膏止“渴”。這個過程在現(xiàn)有技術(shù)中稱為“穩(wěn)定化”。
應(yīng)注意到本發(fā)明中使用的強制老化或穩(wěn)定化不是“干燥化”，“干燥化”主要是指在潮解物質(zhì)存在下的煅燒(見如US-P-1370581)。
顯然地，US-P-1,713,879首次公開了穩(wěn)定化處理方法。它公開了水和/或蒸汽與煅燒的熟石膏混合。目的是為了降低在凝固期間所需的水和溫度的上升。數(shù)字是在5-6分鐘期間內(nèi)，1噸石膏用12-15磅水/分鐘(相當(dāng)于5-9％的總水量)。該熟石膏優(yōu)選為“單沸點熟石膏”(即主要是HH，無AIII)。這是間歇式操作。其中沒有提到溫度或所使用裝置的詳細特征。另一個變通方案是通過載體如硅藻土的方式引入水。這個過程稱為(強制)老化，并不是穩(wěn)定化。
為了使熟石膏具有較低的粘性和較少的水需求量，DE-A-553519公開了一種用水和/或蒸汽處理煅燒的熟石膏的方法。水的吸收量是0.5到7％。它使用AIII的反應(yīng)熱來升高溫度。最終溫度在80-130℃之間，并且不應(yīng)超過140℃。該專利沒有公開對固化時間的限定，而是給出用旋轉(zhuǎn)爐的廢氣處理熟石膏半小時的實例。排出的熟石膏的溫度為95℃。但是沒有提到干燥。其中提到處理可以在旋轉(zhuǎn)裝置中進行，這允許蒸汽與產(chǎn)物緊密接觸。
US-P-1999158提到并明顯依賴于US-P-1370581(干燥化)。應(yīng)用的領(lǐng)域是刷墻粉。其宣稱的改進在于超細研磨以增加可塑性并減少因長期儲存而導(dǎo)致的凝固時間的變化?？伤苄远x為US稠度為65-75。研磨熟石膏的細度描述為大部分小于10μm。(應(yīng)注意的是在此首次使用了術(shù)語“穩(wěn)定化的石膏”)。
US-P-2177668涉及強制老化，在此主要是指，通過用大量具有環(huán)境RH(60％RH)并且溫度略低于DH的理論穩(wěn)定溫度42℃的空氣，對煅燒的熟石膏進行處理使AIII向HH回復(fù)。
US-P-3415910公開了用水來冷卻熱石膏，同時保持足夠高的溫度以避免DH的形成(在82到100℃之間)，并隨后加熱至102℃以上(干燥至157℃)。最高水分量為3％。持續(xù)干燥直至達到HH結(jié)合水的理論值。優(yōu)選(并專門描述的方法)是使用一個釜作為煅燒爐，并將所述釜用于隨后的處理和干燥步驟。由此制得并要求保護的熟石膏的特點是(i)在20℃的密度＝2.60g/ml(在1.6g/ml以下的部分＜10％，且在2.68g/ml以上的部分＜10％)，且(ii)堆積次序指數(shù)(stackingorder index)在8以上。該專利描述了分解對水需求量和流變特性的作用。
GB-A-1233436與US-P-3415910非常相似。然而公開了一些細微的差異和額外的信息，表明該方法有了進一步的發(fā)展。例如最大水分升至3.5％，現(xiàn)在可接受的煅燒溫度為160℃。在實驗室的處理溫度可以低至室溫。在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)選處理溫度在82-93℃之間。優(yōu)選干燥溫度在115℃以上。圖表顯示出自由水分及固化時間對US稠度的影響，表明3分鐘內(nèi)3％是操作的下限。
US-P-3527447是對US-P-3415910的改進。它公開了在低于大氣壓的壓力下在單獨的裝置中進行的干燥步驟。為了維持所需溫度范圍，提出通過微波的方式來輸入額外的能量。
在US-P-4117070(和相關(guān)的US-P-4153373和FR-A-2383893)中，作為石膏板生產(chǎn)過程的一部分，提供了一種無需干燥的連續(xù)的穩(wěn)定化方法。在一個具體的實施方案中，將50到75％的板線給料用1到8％的自由水凝固處理大約1分鐘，并且將該給料再與給料的剩余部分結(jié)合并混合，給料的剩余部分另外凝固3分鐘。在再結(jié)合之后總水分為3-4％。還公開了使用流化和攪拌容器作為加濕容器。
EP-A-0008947涉及長時間儲存濕熟石膏的不方便之處。它引入了“凝固突變”的概念，其指的是凝固期間升溫的最大值。高的“凝固突變”對于產(chǎn)生足夠的力學(xué)抗性是重要的，并且其在隨后的穩(wěn)定化步驟中大付降低。對于這個缺點的補救措施是研磨所處理的(干燥或未干燥)熟石膏至原始細度的3到4倍(在Blaine中測定)。
GB-A-2053178公開了在“Entoleter”磨粉機等中同時進行研磨和潤濕。固化發(fā)生在粉碎之后。EP-A-0008947的凝固突變也通過這個步驟來實現(xiàn)。
這些專利在強制老化(即冷卻/加濕)和穩(wěn)定化(即冷卻/加濕和固化，以及任選干燥)之間有所不同。它們要求保護獲得老化或穩(wěn)定化的熟石膏的不同方法，并指明了適用于石膏板生產(chǎn)的合適的粒度測定方法。
每個穩(wěn)定化方法都包括加濕和固化步驟。加濕是最難處理的部分，但是固化也存在問題。兩個主要部分涉及到(1)不希望的再水合產(chǎn)生DH，DH在熟石膏漿中起到晶種的作用，以及(2)在設(shè)備中集結(jié)或結(jié)垢。
如果液態(tài)水和石膏在熱力學(xué)條件下接觸一段時間，使反應(yīng)在低溫下進行，則形成DH。顯然粘合劑(如石膏)的加濕會不可避免地導(dǎo)致結(jié)塊的形成，并與加濕的產(chǎn)品和/或加濕的液體接觸的每個表面都具有成為潛在地變硬物質(zhì)的外殼的趨勢。裝置的加濕部分的問題更為突出，因為加濕包括產(chǎn)生灰塵的混合并且包括水的存在，而水會導(dǎo)致凝結(jié)。
現(xiàn)有技術(shù)對上述問題的解決是不令人滿意的。在US-P-3415910中，在使用釜時需要對全部設(shè)備進行冷卻和再加熱，因而既浪費時間又浪費能量。作為潤濕設(shè)備，US-P-4153373描述了一種用于石膏板生產(chǎn)的熟石膏處理過程中的流化和攪拌容器。這里微量DH的形成沒有害處，因為該熟石膏無論如何都要在石膏板線中被加速。GB-A-2053178將石膏板生產(chǎn)過程中的潤濕和研磨結(jié)合在一個步驟中。這里結(jié)垢是通過剪切力來避免的，但是DH問題仍不能解決。
發(fā)明簡介本發(fā)明目的在于解決這些問題并提供一種穩(wěn)定β-半水合熟石膏(β-HH)的方法和實施該方法的設(shè)備。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)結(jié)垢和DH問題可以通過保持從加濕直到干燥的條件以使HH的水合作用不再發(fā)生而得到解決。在本發(fā)明中，在處理空間中控制濕-熱條件，并控制與產(chǎn)品接觸部分的溫度。
可以采用額外的機械手段防止產(chǎn)品在有關(guān)設(shè)備部分的積聚。
因此，本發(fā)明提供一種如權(quán)利要求書中所述的方法和設(shè)備。
附圖簡述參照附圖揭示本發(fā)明的實施方案，其中-

圖1是本發(fā)明整個方法的一般流程圖；-圖2a和2b顯示加濕裝置的優(yōu)選實施方案；-圖3顯示結(jié)合加濕/固化裝置的優(yōu)選實施方案；-圖4顯示結(jié)合加濕/固化/干燥裝置的優(yōu)選實施方案。
具體實施例方式
如上所述，本發(fā)明提供一種通過加濕和固化，并任選通過干燥來穩(wěn)定煅燒的β-半水合熟石膏的方法，其包括如下步驟a)提供加熱的HH-熟石膏，優(yōu)選其溫度高于100℃；b)將熱的熟石膏送入器壁被加熱至至少100℃的加濕裝置中；c)向所述加濕裝置中注入水和/或蒸汽，將未加濕的熟石膏表面暴露在射入的水和/或蒸汽中；d)將加濕裝置中氣氛的露點水平維持在75到99℃的范圍內(nèi)；將加濕的混合物送入固化裝置；e)將固化裝置中氣氛保持在高于75℃，優(yōu)選在75到99℃之間，至少3分鐘，優(yōu)選4到15分鐘；f)將經(jīng)加濕和固化的混合物送入干燥裝置；并g)干燥所述經(jīng)加濕和固化的混合物。
任選所述方法還包括下面的步驟i)研磨干燥后的產(chǎn)品；和/或j)冷卻干燥后的產(chǎn)品，其中冷卻可以在研磨步驟之前或之后進行。
在上述方法中，優(yōu)選提供一種結(jié)合水和/或蒸汽量的測定，以便在加濕混合物中獲得基于HH重量3-12％的自由水分。
在上述方法中，可以采取以下方式來控制加濕和/或固化的氣氛(1)控制經(jīng)過加濕和/或固化裝置的外來空氣流，和/或(2)控制對加濕和/或固化裝置器壁的加熱。
上述方法可以以間歇或連續(xù)的方式進行，優(yōu)選為后者。在這種情況下，某些所述步驟(和相關(guān)的裝置)可以置于單個裝置的不同區(qū)中。在一個優(yōu)選的實施方案中，將加濕和固化結(jié)合在相同的設(shè)備中。
因此，步驟d)、e)和f)優(yōu)選合并成一個單一步驟“加濕和固化”。同樣，步驟h)和i)優(yōu)選合并。
圖1，是如何進行處理的一般流程圖，描述了每個單獨的步驟和在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中幾個步驟的可能結(jié)合。
至于步驟a)和b)，應(yīng)注意的是本方法不得不在高溫下運行以避免再水合。在石膏工廠中實施的穩(wěn)定化步驟中，從煅燒裝置中出來的石膏通常在155到180℃溫度之間。在輸送的第一步驟中，其通常被冷卻到120到140℃。在溫度較高的情況下，需要冷卻石膏。由于石膏必須加濕，冷卻可以通過直接注入水來進行，水可以通過蒸發(fā)和熱交換來冷卻。如果冷卻是在與加濕相同的裝置中進行，另一個優(yōu)點是產(chǎn)生足夠的蒸汽在加濕裝置的氣氛中產(chǎn)生高濕度，將露點升高至所需的75-99℃溫度。
至于步驟c)和d)，應(yīng)注意的是在穩(wěn)定化過程中，應(yīng)該存在液態(tài)水。當(dāng)單獨注入水時，很清楚水是存在的；當(dāng)使用蒸汽時，凝結(jié)發(fā)生在較冷部分。如果局部水的供應(yīng)高于目前熟石膏的吸收能力，熟石膏顆粒將粘在一起，并將形成或多或少穩(wěn)定的塊狀物。如果水附著在設(shè)備的一部分上，熟石膏將粘在這部分。因此，優(yōu)選定量供應(yīng)水和/或蒸汽以便，即使當(dāng)與加入的液態(tài)水(如果有的話)相結(jié)合時，凝結(jié)(如果發(fā)生的話)將產(chǎn)生所需量的水。
加入水的百分比范圍和相應(yīng)需要的固化時間是公知的。相關(guān)的技術(shù)顯示隨著水加入量和固化時間的增加，性能方面會有所改進。在較高數(shù)值時變化水平趨于“飽和”。為了避免性質(zhì)改變，優(yōu)選在所述“飽和”水平下進行。這達到高于3％的自由水分和多于3分鐘的固化時間。在加水量高時，熟石膏的性能更接近于正常的標準熟石膏。因此自由水分的上限優(yōu)選是12％。
至于步驟e)，應(yīng)注意的是保持在大約露點很重要，因為這是在溫度和蒸發(fā)速率之間的平衡溫度。另一方面，系統(tǒng)的溫度總是向露點快速漂移。如果進入設(shè)備的外部空氣具有低露點，將不可避免地冷卻產(chǎn)品，即使空氣遠比產(chǎn)品更熱。
通過引入空氣和/或通過加熱器壁，可以控制氣氛。這里通過加熱器壁來避免凝結(jié)。經(jīng)過器壁的熱傳遞通過補償蒸發(fā)引起的熱損失來促進熱平衡。這種情況下，產(chǎn)品的溫度可以略高于露點。
至于步驟f)，應(yīng)注意的是固化時間也是重要參數(shù)。所需時間依賴于石膏的性質(zhì)、溫度和水分。在這里最少需要3分鐘。然而優(yōu)選較長時間，因為時間越長飽和程度越高。一般固化時間在4分鐘至15分鐘之間。
至于步驟h)，應(yīng)注意的是干燥溫度首先是不重要的，并且可以升至約160℃(見前面所引用的現(xiàn)有技術(shù)的文件)。然而，發(fā)現(xiàn)在較低溫度下干燥帶來更加可再現(xiàn)的結(jié)果。優(yōu)選產(chǎn)品溫度低于115℃。具體的干燥方法在低于105℃的溫度下進行。發(fā)現(xiàn)在這個條件下，干燥在總水量為大約7.0％LOI(燒失量)時停止。這個LOI明顯高于6.2％的理論LOI。(所有數(shù)值基于100％純度的石膏)。令人驚訝地，具有所述LOI的熟石膏不再，如所預(yù)期的，結(jié)合超過化學(xué)計量的水成為DH。甚至允許8％的LOI。在這個方面，它們類似具有在苛刻的條件下(60℃和90％RH超過24小時)自然老化的熟石膏。
至于步驟i)，應(yīng)注意的是所需的研磨細度主要取決于所用粗石膏的性質(zhì)和穩(wěn)定化熟石膏的用途。用于成型目的以及石膏板的生產(chǎn)時，最佳的細度是大約d50＝15到22μm。用于過濾過程時，F(xiàn)GD石膏的天然顆粒尺寸分布(PSD)是非常適合的。用于壓縮過濾過程時，優(yōu)選寬的PSD。在任何情況下，通過研磨和/或選擇過程而獲得的PSD在含水泥漿中都保持不變。也可以獲得雙峰式分布，特別是使用FGD石膏。
至于步驟j)，應(yīng)注意的是β-HH經(jīng)常具有一定百分比的AIII。在與水接觸時，AIII再水合成HH。在普通的熟石膏中，AIII在吸收濕氣方面起著有效的作用。如果熟石膏儲存在袋中，水分從外面擴散。AIII通過吸收這些水分起到緩沖劑的作用，并在一定時間內(nèi)阻止由所述水分誘發(fā)的性質(zhì)改變。儲存在料倉中的熱熟石膏，將從器壁開始緩慢冷卻下來。這個過程會在靠近壁的地方誘發(fā)凝結(jié)。然后足夠的AIII可以阻止DH的形成。穩(wěn)定的熟石膏沒有AIII。因此，如果在料倉中儲存，應(yīng)該充分冷卻以避免凝結(jié)。因此，有必要采用確定的冷卻步驟。
本發(fā)明中穩(wěn)定的β-HH在分解和凝固動力學(xué)方面是穩(wěn)定的。它基本上不含AIII并且它的結(jié)合水高于理論值。任何所需的PSD，根據(jù)其具體用途，可以通過研磨篩選和/或混合來獲得。
本發(fā)明中穩(wěn)定的β-HH可以在刷墻粉中用作粘合劑和/或填充物，用于根據(jù)過濾法的石膏纖維板生產(chǎn)，用于石膏板生產(chǎn)，用于工業(yè)熟石膏，用于粘結(jié)化合物，用于根據(jù)壓濾法生產(chǎn)高強度石膏纖維板等。
對于每種應(yīng)用，在含水熟石膏泥漿中都存在一個最佳的具體PSD，并可以通過適當(dāng)研磨根據(jù)本發(fā)明處理的熟石膏來獲得所述最佳的PSD。
例如，可以舉例-d50為30到100μm在刷墻粉中作為粘合劑和/或填充物。
-d50為20到30μm用于根據(jù)過濾法的石膏纖維板生產(chǎn)。
-d50為15到22μm用于石膏板生產(chǎn)。
-d50為10到20μm用于工業(yè)石膏和/或粘結(jié)化合物。
-第一峰在3到10μm并且第二峰在20到60μm的雙峰粒徑分布用于根據(jù)壓濾法的高強度石膏纖維板生產(chǎn)。
用于實施本發(fā)明方法的設(shè)備應(yīng)該可以在所述的濕熱條件下操作。作為加濕/固化部分，例如可以使用用于肥料的旋轉(zhuǎn)軸成粒機或類似配有蒸汽夾套的顆粒板粘合攪拌機的設(shè)備。也可以使用借助負載蒸汽的空氣的器壁加熱式空氣混合成粒機(air mixgranulator)。對于干燥部分，可以使用幾乎所有的用于粉末干燥的干燥機(只要不將潮濕的熟石膏冷卻至發(fā)生再水合的條件即可)。
圖2a和2b(2a沿AA線的側(cè)視圖)顯示了本發(fā)明的一個具體實施方案。加濕裝置包括在加熱室2中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓1。轉(zhuǎn)鼓支撐在軸承3上，并通過在加熱室外的電動機4來驅(qū)動，以便轉(zhuǎn)鼓可能與熟石膏接觸的全部表面都能受熱。進料和提料通過輸送螺桿進行。進料螺桿5是計量螺桿。一定量的產(chǎn)品保持在料斗6(裝有水平傳感器)中以便從外部密封轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)部。出料螺桿7以適合于提取所進入的熟石膏的速度運行。在卸料室18中收集產(chǎn)品，并最終通過圓盤提料器19來出料。加濕通過兩相(蒸汽-水)霧化噴嘴11進行。計量通過適當(dāng)?shù)难b置如流量計和控制閥9的結(jié)合來完成。轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)部裝有(掘起)葉片10，所述葉片可以掘起所述熟石膏，并按圖2b的箭頭所示連續(xù)釋放。用水和/或蒸汽噴射瀑布狀撒落的熟石膏(plaster cascade)。通過罩12保護噴霧嘴不被熟石膏覆蓋，并且由此經(jīng)過的葉片10不斷地對所述罩進行清掃。一個沒有在圖中顯示出來的特征是在罩區(qū)域中的葉片被固定在彈簧鋼帶上。所述罩略微傾斜以便在葉片經(jīng)過所述罩時葉片被壓緊，并在掃過所述罩之后反彈。然后它們撞擊一個障礙物。震掉其上可能附聚的熟石膏。從底部外側(cè)通過一排煤氣灶14加熱轉(zhuǎn)鼓。通過在轉(zhuǎn)鼓上側(cè)測量的溫度T2來控制功率，其控制閥13；還可以考慮料斗6中熟石膏的溫度T1。排出產(chǎn)品的溫度基本上是轉(zhuǎn)鼓中氣氛的露點。它是通過溫度T3來測定的，溫度T3控制經(jīng)過片狀閥15的氣流，以保持給定的產(chǎn)品溫度。在此提取的空氣或多或少是蒸汽飽和的。同樣，溫度T4控制閥16以便控制在加濕區(qū)的空氣流和在這個區(qū)中相應(yīng)的氣氛。另一個片狀閥20讓空氣從外邊稀釋濕空氣以避免在過濾器中的凝結(jié)。鼓風(fēng)機17提供必要的功率來引入空氣。在轉(zhuǎn)鼓1和蓋板21之間的控制間隙提供外部空氣的入口。加濕裝置的必要尺寸影響生產(chǎn)量和加濕過程所需的時間。通常噴射(室22)進行一分鐘就足夠了；另外建議進行二分鐘的均勻化(空間23)。下表顯示使用上述時間的加濕轉(zhuǎn)鼓的合理尺寸生產(chǎn)量[t/h]10 20 40直徑[m]1.01.31.6長度[m]3.04.05.0由于固化階段在與加濕相同的濕熱條件下運行，顯然對于同樣的裝置，裝置越長越有利于操作，以便允許指定的停留時間。
圖3a和3b(3a沿AA線的側(cè)視圖)顯示了本發(fā)明的另一個具體實施方案。因此圖3所示為圖2所示設(shè)備的變化方案。相同的附圖標記指相同的部分。固化區(qū)(空間24)連接著加濕部分，但具有更大的直徑。通過攔障(barrier)25將它分開。加濕區(qū)的合理尺寸是生產(chǎn)量[t/h]10 20 40直徑[m]1.4-1.61.8-2.02.3-2.6長度[m]4.2-3.25.3-4.06.7-5.0固化石膏的干燥可以按照現(xiàn)有技術(shù)中的許多公知方法進行。蒸汽干燥器非常適合，但由于其通過旋風(fēng)分離器和堆袋室轉(zhuǎn)移大量空氣，所以需要消耗相當(dāng)多的能量。
圖4顯示另一個具體實施方案，其中加濕、固化和干燥步驟是合并的。在轉(zhuǎn)鼓的第一部分中，加濕和固化發(fā)生在如圖2所示但更長的轉(zhuǎn)鼓中，以便提供固化室。轉(zhuǎn)鼓的第二部分27附在轉(zhuǎn)鼓的延伸部分中，但通過刻痕狀壁26隔開，其更多地從外部受熱并用熱空氣通風(fēng)。熱空氣的路徑由箭頭28所示。在部分27中，在不超過110℃、優(yōu)選低于105℃的產(chǎn)品溫度下，干燥水分。
在本發(fā)明的另一個具體實施方案中，合并干燥和研磨步驟。使用研磨-干燥設(shè)備(如用Impmill或Ultrarotor等)來結(jié)合干燥和研磨步驟。當(dāng)對熟石膏進行細磨時，這種結(jié)合是有效的。
另一種優(yōu)選的結(jié)合是研磨和冷卻。如果產(chǎn)品根據(jù)圖4的實施方案離開干燥步驟，則它的溫度已經(jīng)相當(dāng)?shù)土恕？梢员Ａ羯倭堪俜直鹊淖杂伤?。強制通過研磨的空氣將干燥殘余的水分，并同時冷卻。
通過下面的實施例闡明本發(fā)明，但不限制其范圍。
為了檢驗本發(fā)明方法，建立了連續(xù)工作的試驗裝置。所述試驗裝置如圖2中所示的類型(只是轉(zhuǎn)鼓具有燃氣供暖的雙層夾套替代在加熱空間中旋轉(zhuǎn))。向試驗裝置送入FGD源的熟石膏，其已經(jīng)在間接蒸汽加熱的回轉(zhuǎn)煅燒爐中煅燒。在試驗裝置入口的進料溫度平均為120℃。結(jié)合加濕、固化和干燥的步驟的生產(chǎn)量是150kg/h。加濕水平設(shè)為4％±41％。平均停留時間設(shè)為16分鐘。在加濕和干燥相結(jié)合的模式中，試驗裝置如圖4所示。如果有人認為在干燥過程開始時自由水分低于2％，則可以假定加濕和固化時間加在一起大約為5-10分鐘(這大約是在飽和水平)。對產(chǎn)品的控制參數(shù)是溫度和水分。所述方法可以通過允許以逆流方式通過轉(zhuǎn)鼓的氣流和外部加熱溫度來控制。通過在進料側(cè)的間隙的寬度來調(diào)整氣流以保持產(chǎn)品溫度在所需水平。外加熱溫度達到185℃。在這些條件下，產(chǎn)品離開轉(zhuǎn)鼓的溫度為100±5℃，且LOI為6.5到7.5％。在加濕模式下，密閉內(nèi)部空間以避免明顯的空氣交換。排出的產(chǎn)品的水分損失量最多為原始水分的百分之二。外部加熱達到125℃。排出產(chǎn)品的溫度在85℃±10℃附近。在這種模式下，令人感興趣的是僅出現(xiàn)DH。少量樣品在50℃下在爐中迅速干燥，并測定結(jié)合水和進行差熱分析(DTA)。
測試下列熟石膏樣品，如下表中所列。全部樣品由同樣的粗石膏源制備，這是德國褐煤火電廠的FGD石膏，并且全部在同一熟石膏廠中煅燒，所述熟石膏廠使用間接蒸汽加熱的回轉(zhuǎn)爐。樣品1a、1b、2、3和4都是傳統(tǒng)型。樣品5到9是根據(jù)本發(fā)明制備的。
表1

為了測定熟石膏的力學(xué)穩(wěn)定性，我們首先定義坍落度(slump)是采用Schmidt環(huán)而產(chǎn)生的泥漿塊的直徑，并且坍落度1是手混熟石膏的坍落度，而坍落度2是用軸式BraunMR400攪拌機在300W下攪拌20秒后的熟石膏的坍落度。水/熟石膏(W/P)比率保持在0.75。
為了評價穩(wěn)定性，我們將給定PSD的穩(wěn)定化熟石膏的坍落度定義為參照，對相同PSD的熟石膏的坍落度進行評價。穩(wěn)定性因素1是手混熟石膏坍落度的比率。穩(wěn)定性因素2是混合熟石膏的比率。W/P比率全部為0.75。
熟石膏的PSD通過MalvernMastersizer型的激光顆粒測量儀來測定，在乙醇中通過超聲處理分散該熟石膏。
為了測定過濾性，我們用100g熟石膏與500g水(包含足夠的緩凝劑來防止操作過程中出現(xiàn)的凝固)混合。將懸浮液置于直徑為80mm的圓筒中。用1巴的壓縮空氣推動水經(jīng)過過濾器。記錄釋放的水量，將其對時間的平方做圖。在這種情況下，獲得線性曲線。曲線的斜率顯示熟石膏的過濾性。如上，過濾性1涉及用手估計的，而過濾性2涉及混合的懸浮液。數(shù)值越高，過濾進行得越快。穩(wěn)定性因素3定義為兩個斜率之間的比率。它顯示過濾性是受混合過程影響的大小。
必須注意的是這種方法測定的斜率僅是簡單的指示。為了將其轉(zhuǎn)化為釋放給定百分比的水所需的過濾時間，必須閱讀該圖并計算被截數(shù)值的平方。
下表顯示各種熟石膏樣品的性質(zhì)。
FRHIR0017

樣品2相對樣品4顯示了常規(guī)老化的作用。
表中的數(shù)值也顯示了采用本發(fā)明的加速老化方法獲得了與常規(guī)的長時間老化基本相同的產(chǎn)品。
樣品2相對樣品5和6清楚地顯示了本發(fā)明的處理對未研磨材料的坍落度和各種穩(wěn)定性因素的作用。將樣品3相對樣品7進行比較，這同樣是正確的。甚至在略微低的PSD下，樣品7的坍落度數(shù)值也高于、大于樣品3。坍落度2甚至高于坍落度1。
樣品7和樣品8的比較顯示出具有d50＝12μm的細度的材料的流動性好于較粗糙的材料。與這個現(xiàn)象同樣令人驚訝的是樣品8的坍落度2的絕對值。同樣令人驚訝的是樣品9的坍落度1和2的絕對值。用未處理的材料，該值往往小于150mm。樣品8的過濾性比具有較粗糙的PSD的樣品3更好。
令人驚訝地，樣品10(其是50％的樣品5和50％的樣品8的混合物)的過濾性基本上是樣品5和樣品8的平均。轉(zhuǎn)換成過濾時間，樣品7/樣品5的比率是6.3，而樣品8/樣品10的比率是2.2。
與未經(jīng)處理的熟石膏標準產(chǎn)品相比，處理過的熟石膏(如樣品7-9)在許多應(yīng)用中具有相當(dāng)多的優(yōu)點，在這些應(yīng)用中往往要求低的水需求量或在給定W/P比率下高的流動性。這種情況適用于石膏板生產(chǎn)或各種類型的預(yù)制的(成型的)產(chǎn)品。
對于工業(yè)熟石膏，除了低的水需求量之外，恒定性是首要的。根據(jù)本發(fā)明處理過的不同生產(chǎn)批次的熟石膏經(jīng)過長期儲存仍能保持這種恒定性，因為它們是在飽和水平經(jīng)受處理的。
在混合經(jīng)加工過的熟石膏時，經(jīng)本發(fā)明方法處理的熟石膏的抗機械破壞性是常規(guī)熟石膏所不可相比的。因此，它們最適合用于需要良好過濾性的應(yīng)用，如用于石膏纖維板。熟石膏的一個非常容易被人應(yīng)用，是在由纖維漿和熟石膏制成的纖維增強制品中作為粘合劑，其中相當(dāng)多的剩余水必須通過抽吸或者通過壓縮過濾除去。在混合經(jīng)加工過的熟石膏時，經(jīng)本發(fā)明方法處理的熟石膏的抗機械破壞性是常規(guī)熟石膏所不可相比的。因此，它們最適合用于需要良好過濾性的應(yīng)用，如用于石膏纖維板。
權(quán)利要求
1.穩(wěn)定煅燒的β-半水合熟石膏的方法，其包括如下步驟a)提供加熱的HH-熟石膏，優(yōu)選其溫度高于100℃；b)將熱的熟石膏送入器壁被加熱至至少100℃的加濕裝置中；c)向所述加濕裝置中注入水和/或蒸汽，將未加濕的熟石膏表面暴露在射入的水和/或蒸汽中；d)將加濕裝置中氣氛的露點水平維持在75到99℃的范圍內(nèi)；e)將加濕的混合物送入固化裝置；f)將固化裝置中氣氛保持在高于75℃至少3分鐘；g)將經(jīng)加濕和固化的混合物送入干燥裝置；并h)干燥所述經(jīng)加濕和固化的混合物。
2.如權(quán)利要求1的方法，其還包括如下步驟i)研磨干燥后的產(chǎn)品；和/或j)冷卻干燥后的產(chǎn)品，其中如果包含冷卻步驟，冷卻可以在研磨步驟之前或之后進行。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟a)的熟石膏溫度為100到135℃。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中加濕裝置的器壁被加熱到100至150℃溫度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中通過一個或多個兩相噴嘴注入水和蒸汽。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中將水和/或蒸汽噴射在瀑布狀撒落的熟石膏粉末上。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中將水和/或蒸汽噴射在熟石膏粉末的流化床上。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中基于半水化合物的重量，自由水分的含量為3到12％，優(yōu)選3.5到6％。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中步驟d)中的露點為80到95℃。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中在進行固化步驟f)時將加濕裝置中氣氛的露點水平維持在75到99℃的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中步驟f)中的露點為80到95℃。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，其中固化時間為4到15分鐘，優(yōu)選5到10分鐘。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其中步驟d)、e)和f)合并成一個單獨的步驟。
14.如權(quán)利要求2至13中任一項所述的方法，其中步驟h)和i)合并到一個步驟中。
15.如權(quán)利要求2至14中任一項所述的方法，其中所述干燥裝置是間接加熱裝置，且產(chǎn)品溫度為80到110℃，優(yōu)選為95到105℃。
16.如權(quán)利要求2至14中任一項所述的方法，其中所述干燥裝置是空氣加熱裝置，且產(chǎn)品溫度為50到95℃，優(yōu)選為60到80℃。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項所述的方法，其中由此獲得的熟石膏不含無水石膏III，且基本上不含二水合物。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法，其中由此獲得的石膏的LOI為6.2到8％，優(yōu)選為6.2到7.3％，以100％的純度計算。
19.如權(quán)利要求1至18中任一項所述的方法，其中由此獲得的石膏的d50為30到100μm，或20到30μm，或15到22μm，或10到20μm，或者所述石膏具有雙峰式粒徑分布，其中一個峰在3至10μm之間，且另一峰在20至60μm之間。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項所述的方法，其中所述熟石膏源于FGD石膏或任何化學(xué)副產(chǎn)物石膏。
21.用于加濕β-半水合熟石膏的設(shè)備，其包括內(nèi)部具有掘起葉片的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓，其中與產(chǎn)品接觸的器壁被外部加熱至100℃以上。
22.如權(quán)利要求21的設(shè)備，其有效體積大于每小時進料體積的1/20。
23.如權(quán)利要求21或22的設(shè)備，其安裝有一個或多個用于水和蒸汽的兩相霧化的噴嘴。
24.如權(quán)利要求21至23中任一項所述的設(shè)備，其中安裝有一個或多個噴嘴，所述噴嘴上固定有一罩，所述掘起葉片在旋轉(zhuǎn)時清掃所述罩。
25.如權(quán)利要求21至24中任一項所述的設(shè)備，其中所述掘起葉片懸掛在帶狀彈簧上。
26.如權(quán)利要求24和25的設(shè)備，其中所述罩是傾斜的，以便彈簧懸掛的掘起葉片在旋轉(zhuǎn)時壓緊該罩，并在釋放時撞擊障礙物。
27.用于加濕和固化β-半水合熟石膏的設(shè)備，其包括與如權(quán)利要求21至26中任一項所述的加濕裝置相連的固化室，并且所述固化室與所述加濕裝置在同一軸上旋轉(zhuǎn)。
28.用于加濕、固化和干燥β-半水合熟石膏的設(shè)備，其包括與如權(quán)利要求27所述的加濕和固化裝置相連的干燥室，并且所述干燥室與所述加濕和固化裝置在同一軸上旋轉(zhuǎn)。
29.如權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述干燥室通過空氣導(dǎo)管與外部加熱空間相連。
30.如權(quán)利要求28或29的設(shè)備，其中所述干燥室通過外部加熱將器壁溫度升至高于125℃。
31.如權(quán)利要求29或30的設(shè)備，在進入內(nèi)部之前從外部通入內(nèi)部的空氣的溫度被加熱至高于外部空間的溫度。
32.通過如權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得的d50為30到100μm的熟石膏在刷墻粉中用作粘合劑和/或填充物的用途。
33.通過如權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得的d50為20-30μm的熟石膏用于根據(jù)過濾法生產(chǎn)石膏纖維板的用途。
34.通過如權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得的d50為15-22μm的熟石膏用于生產(chǎn)石膏板的用途。
35.通過如權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得的d50為10-20μm的熟石膏用作工業(yè)熟石膏和/或粘結(jié)化合物的用途。
36.通過如權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法獲得的具有雙峰式粒徑分布的熟石膏，其中一個峰在3至10μm之間，且另一峰在20至60μm之間，用于根據(jù)壓濾法生產(chǎn)高強度石膏纖維板的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定熟石膏的方法以及實施所述方法中的加濕部分的設(shè)備。所述方法包括以下步驟a)提供加熱的HH－熟石膏，優(yōu)選其溫度高于100℃；b)將熱的熟石膏送入器壁被加熱至至少100℃的加濕裝置中；c)向所述加濕裝置中注入水和/或蒸汽，將未加濕的熟石膏表面暴露在射入的水和/或蒸汽中；d)將加濕裝置中氣氛的露點水平維持在75到99℃的范圍內(nèi)；e)將加濕的混合物送入固化裝置；f)將固化裝置中氣氛保持在高于75℃至少3分鐘；g)將經(jīng)加濕和固化的混合物送入干燥裝置；和h)干燥所述經(jīng)加濕和固化的混合物。本發(fā)明還提供了一種用于加濕β－半水合熟石膏的設(shè)備，其包括在內(nèi)部具有掘起葉片的轉(zhuǎn)鼓，其與產(chǎn)品接觸的全部器壁被外部加熱至高于100℃。本發(fā)明最后還提供了通過本發(fā)明方法獲得的熟石膏的具體用途。
文檔編號C04B11/036GK1654399SQ20041009540
公開日2005年8月17日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者約爾格·博爾德 申請人:拉法熱石膏制品公司