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）

【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，并進行工業化試驗加以驗證。結果表明：實驗室內硬石膏煅燒溫度800℃、煅燒2h，煅燒效果最佳，工業試驗煅燒溫度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，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，硬石膏產量和市場用量僅占石膏總產量的10%，主要應用于水泥的調凝劑、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、石膏粘結材料等建材制品[2]。生產工藝簡單、技術含量低，形成的產品雖然環保節能，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及其高端應用具有非常重要的現實意義。

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，硫酸鈣的質量分數88.98%，品位優良。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律，確定最佳煅燒時間。試驗結果見表1、表2(注：900℃有收縮、燒結現象)。

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 工業化煅燒增白

為能通過目前國內現有成熟設備生產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，與高嶺土企業合作，利用其濕法剝片機和回轉煅燒窯，試生產了100t“雙90”級煅燒硬石膏，摸索了重要的生產參數，確立了超細高白煅燒硬石膏工業化生產的可行性。

(1) 煅燒超細硬石膏粉生產工藝。

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。

硬石膏結構致密、脆，易于解離，2 000目以下細度干法生產產量較大，成本低，但2 000目以上干法生產設備磨損大，產量低，所以目前國內超細粉加工基本都是采用濕法研磨，后續烘干的工藝。恒泰公司采用目前國內先進的3000L濕法研磨機，通過研磨刀片和研磨介質的作用，能有效地對硬石膏進行解離，以保證其晶型結構的完整度，使超細粒子具有較高的遮蓋性能。從試驗結果看，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)，研磨分散劑滴加量為3.6‰(干質)達到最佳效果，2μm含量達到90%以上，325目篩余＜0.005%，單機產量達到1.2t(干質)。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、三價鐵化合物等著色雜質，高溫煅燒能夠去除硬石膏中的碳、硫、有機質等，在煅燒過程中，保持煅燒設備內弱還原氣氛，能夠將紅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，發現硬石膏經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熱式逆流煅燒回轉窯，窯溫與實驗室用熱電偶加熱相比，溫差較大，但熱損失小，生產成本低；風力輸送采用負壓風機，既保證窯內氧氣量的供應，又能維持窯內的穩定的微負壓環境，促使CO的生成，CO作為還原劑將Fe3+還原成Fe2+。本次中試，共生產試驗料100t，由于直燃內熱式逆流煅燒回轉窯窯頭溫度比窯內溫度高40～60℃，為驗證實驗室試驗數據，故本次中試煅燒溫度采用800、850、900、950℃等4個溫度區間進行試驗，試驗結果見表3(中試工藝參數：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。超細硬石膏粉經適當煅燒后，白度增高，并成為一個充滿孔隙的結構，光散射系數有了很大的提高，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、重質碳酸鈣等填料遮蓋率對比數據見表4。

超細煅燒硬石膏產品的白板白度值明顯比其他產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，生產的紙張各項性能指標均符合標準要求。

3 結論

(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)，研磨分散劑滴加量為3.6‰(干質)達到最佳效果，2μm含量達到90%以上，325目篩余＜0.005%。

(2) 采用直燃內熱式煅燒回轉窯煅燒硬石膏，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應用前景[J].建材發展導向，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].安徽工程技術學院學報，2009，24(3)：24-27.

P578.72；TD927

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2014-05-12