李祥飛，朱 玲，張青莉，董 兵

（安徽皖北煤電集團恒泰非金屬材料分公司，安徽 馬鞍山 238171）

【試驗研究】

硬石膏煅燒增白超細的應用研究

李祥飛，朱 玲，張青莉，董 兵

（安徽皖北煤電集團恒泰非金屬材料分公司，安徽 馬鞍山 238171）

利用煅燒增白超細技術(shù)對硬石膏進行增白研究，通過細度、煅燒溫度和時間對硬石膏白度的影響，并進行工業(yè)化試驗加以驗證。結(jié)果表明：實驗室內(nèi)硬石膏煅燒溫度800℃、煅燒2h，煅燒效果最佳，工業(yè)試驗煅燒溫度850℃、煅燒1.5h，煅燒白度可達到93%；通過超細增白后，硬石膏粉作為工程填料，可替代30%鈦白粉用于造紙行業(yè)，進一步拓展了硬石膏的應用領域。

硬石膏；煅燒增白；超細加工

石膏與石灰、水泥并列為三大無機膠凝材料。自然界中的天然石膏主要為二水石膏(CaSO4·2H2O)和硬石膏(CaSO4)。我國天然硬石膏儲量達300億t，約占石膏資源總量的42%～60%，居世界首位。硬石膏活性低、溶解度小、水化硬度速度慢，因此利用率低[1]。目前，硬石膏產(chǎn)量和市場用量僅占石膏總產(chǎn)量的10%，主要應用于水泥的調(diào)凝劑、復合礦化劑，混凝土的膨脹劑、早強劑，或用于制備硬石膏基粉刷材料、石膏粘結(jié)材料等建材制品[2]。生產(chǎn)工藝簡單、技術(shù)含量低，形成的產(chǎn)品雖然環(huán)保節(jié)能，但附加值低、推廣難度大。因此，著力于研究硬石膏的增白超細技術(shù)及其高端應用具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 試驗

1.1 原料及其性能

硬石膏。安徽含山恒泰非金屬材料公司生產(chǎn)的硬石膏，其化學成分和物理性能如下(%)：200目篩余1.6、白度83、燒失量8.21、含水量＜1、SO352.32、SiO20.89、MgO 1.56、CaO 37.05、Fe2O30.037、Al2O30.23、TiO20.014。

可以看出，恒泰硬石膏的純度較高，按理論計算，硫酸鈣的質(zhì)量分數(shù)88.98%，品位優(yōu)良。通過對硬石膏原料的X-射線衍射分析，硬石膏中含有少量的碳酸鈣、碳酸鎂等。

1.2 試驗方法

(1) 試驗室小試。

硬石膏原礦石顎式破碎至直徑約5～6cm，混合均勻，等分為3份。球磨粉磨至325目；濕法研磨至2 500目烘干。然后對制取的粉體分別進行白度、粒度檢測以及化學成分分析。

(2) 工藝路線中試。

硬石膏原礦→顎破→粉磨→325目生粉→配料→47%固含漿料→濕法超細磨→90級漿料→干燥打散→90級干粉→煅燒→90級煅燒粉→窯尾解聚打散→2 500目以上煅燒石膏粉成品。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 煅燒增白試驗

2.1.1 實驗室煅燒增白

通過在700、800、900℃不同溫度條件下煅燒，觀察和檢測硬石膏白度的變化，探索煅燒增白的可行性；通過分析白度隨溫度的變化規(guī)律，確定最佳煅燒溫度；在最佳煅燒溫度條件下，通過白度隨煅燒時間的變化規(guī)律，確定最佳煅燒時間。試驗結(jié)果見表1、表2(注：900℃有收縮、燒結(jié)現(xiàn)象)。

表1 不同溫度不同細度硬石膏煅燒白度對比

表2 800℃時不同煅燒時間硬石膏煅燒白度對比

通過表1、表2可知，325目硬石膏粉在800℃時，煅燒效果最佳，煅燒時間越長，煅燒白度越高；2 500目硬石膏粉在800℃煅燒2h時，煅燒效果最佳。

2.1.2 工業(yè)化煅燒增白

為能通過目前國內(nèi)現(xiàn)有成熟設備生產(chǎn)出合格的超細煅燒硬石膏粉，恒泰公司在實驗室試制的基礎上，與高嶺土企業(yè)合作，利用其濕法剝片機和回轉(zhuǎn)煅燒窯，試生產(chǎn)了100t“雙90”級煅燒硬石膏，摸索了重要的生產(chǎn)參數(shù)，確立了超細高白煅燒硬石膏工業(yè)化生產(chǎn)的可行性。

(1) 煅燒超細硬石膏粉生產(chǎn)工藝。

325目生粉→配料→47%固含漿料→濕法超細磨→90級漿料→干燥打散→90級石膏粉→煅燒→90級煅燒粉→窯尾解聚打散→成品。

(2) 硬石膏超細加工。

硬石膏結(jié)構(gòu)致密、脆，易于解離，2 000目以下細度干法生產(chǎn)產(chǎn)量較大，成本低，但2 000目以上干法生產(chǎn)設備磨損大，產(chǎn)量低，所以目前國內(nèi)超細粉加工基本都是采用濕法研磨，后續(xù)烘干的工藝。恒泰公司采用目前國內(nèi)先進的3000L濕法研磨機，通過研磨刀片和研磨介質(zhì)的作用，能有效地對硬石膏進行解離，以保證其晶型結(jié)構(gòu)的完整度，使超細粒子具有較高的遮蓋性能。從試驗結(jié)果看，325目硬石膏生粉配料固含為47%，HX-40G分散劑比例為4.5‰(干質(zhì))，研磨分散劑滴加量為3.6‰(干質(zhì))達到最佳效果，2μm含量達到90%以上，325目篩余＜0.005%，單機產(chǎn)量達到1.2t(干質(zhì))。固含超過47%時，在研磨過程中，隨著細度的增加，粘度越來越高，應注意進漿頻率，并觀察出漿孔，防止石膏研磨過程中產(chǎn)生絮凝，堵塞出漿口，造成冒頂事故。

(3) 硬石膏煅燒增白。

從石膏樣的組分看，影響其白度的主要因素為一些有機質(zhì)、三價鐵化合物等著色雜質(zhì)，高溫煅燒能夠去除硬石膏中的碳、硫、有機質(zhì)等，在煅燒過程中，保持煅燒設備內(nèi)弱還原氣氛，能夠?qū)⒓t褐色的三價鐵還原為二價鐵化合物，從而達到增白的目的[3]。付彥林等[4]利用恒泰硬石膏進行煅燒—酸浸增白研究，發(fā)現(xiàn)硬石膏經(jīng)800℃煅燒2h，能達到最佳的效果。本次試驗采用煤氣為熱源直燃內(nèi)熱式逆流煅燒回轉(zhuǎn)窯，窯溫與實驗室用熱電偶加熱相比，溫差較大，但熱損失小，生產(chǎn)成本低；風力輸送采用負壓風機，既保證窯內(nèi)氧氣量的供應，又能維持窯內(nèi)的穩(wěn)定的微負壓環(huán)境，促使CO的生成，CO作為還原劑將Fe3+還原成Fe2+。本次中試，共生產(chǎn)試驗料100t，由于直燃內(nèi)熱式逆流煅燒回轉(zhuǎn)窯窯頭溫度比窯內(nèi)溫度高40～60℃，為驗證實驗室試驗數(shù)據(jù)，故本次中試煅燒溫度采用800、850、900、950℃等4個溫度區(qū)間進行試驗，試驗結(jié)果見表3(中試工藝參數(shù)：給料頻率19～22Hz、物料平均停留時間1.5h)。

硬石膏的最佳煅燒溫度在試驗室為800℃左右，在實際生產(chǎn)中為850℃左右，煅燒后石膏的白度可以達到93%左右。

表3 硬石膏中試煅燒試驗結(jié)果

表4 不同填料100μm遮蓋率對比

2.2 造紙應用試驗

造紙、涂料行業(yè)為提高遮蓋性能、光散射性能、改善外觀、降低成本等，大量使用無機礦物填料，目前主要使用的是鈦白粉、煅燒高嶺土、滑石粉、碳酸鈣等。超細硬石膏粉經(jīng)適當煅燒后，白度增高，并成為一個充滿孔隙的結(jié)構(gòu)，光散射系數(shù)有了很大的提高，這一特性可賦予紙張較高的不透明度，既可代替昂貴的鈦白粉用于輕量涂布和未漂漿原紙的涂布，又可明顯提高涂層的油墨吸收性，同時對紙張的光澤度無不利的影響，加上煅燒超細硬石膏粉比其他填料硬度低、磨耗值小，用于生產(chǎn)涂布紙，高速、多彩印刷是非常有利的[5-6]。煅燒硬石膏粉遮蓋率與高嶺土、重質(zhì)碳酸鈣等填料遮蓋率對比數(shù)據(jù)見表4。

超細煅燒硬石膏產(chǎn)品的白板白度值明顯比其他產(chǎn)品白度值低的主要原因是硬石膏煅燒后配制乳液呈微紅狀，影響其藍光反射，從而導致在遮蓋率板上涂層白度值低，其與鈦白粉配比配制乳液后無明顯紅色，易于刮板，其白度值略低于鈦白粉，遮蓋效果基本無差別。為驗證上述小試結(jié)論，在山東某造紙廠用硬石膏超細粉等量替代30%鈦白粉用量，生產(chǎn)的紙張各項性能指標均符合標準要求。

3 結(jié)論

(1) 硬石膏采用濕法超細，325目硬石膏生粉配料固含為47%，HX-40G分散劑比例為4.5‰(干質(zhì))，研磨分散劑滴加量為3.6‰(干質(zhì))達到最佳效果，2μm含量達到90%以上，325目篩余＜0.005%。

(2) 采用直燃內(nèi)熱式煅燒回轉(zhuǎn)窯煅燒硬石膏，窯爐的窯頭溫度控制在850℃、煅燒時間1.5h，煅燒硬石膏獲得了最佳白度，白度可以達到93%左右。

(3) 煅燒超細硬石膏粉應用在造紙中作為功能性填料，其遮蓋力明顯優(yōu)于碳酸鈣等功能性填料，與鈦白粉混合使用，其遮蓋效果基本與鈦白粉相當。

[1]王錦華.硬石膏特點及資源的開發(fā)應用前景[J].建材發(fā)展導向，2006(1)：41-44.

[2]李明廣，張東，王小東.天然硬石膏粉體的改性研究[J].上海建材，2010(5)：10-11.

[3]彭家惠，董軍，張建新，等.煅燒硬石膏溶解水化性能及煅燒活化機制研究[J].建筑材料學報，2010，13(1)：111-115.

[4]付彥林，李博，崔鵬.硬石膏煅燒—酸浸提增白技術(shù)的研究[J].應用化工，2012，41(1)：16-18.

[5]趙武，霍成立，劉明珠，等.石膏深加工改性及功能化的研究[J].功能材料，2010：1-3.

[6]高建剛，金盈，吳之傳，等.硬石膏粉體為填料制備白色及彩色涂料初探[J].安徽工程技術(shù)學院學報，2009，24(3)：24-27.

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