混燒工藝對鈦石膏性能的影響

王園，秦佳檬

（1.南京鈦白化工有限責任公司，江蘇 南京 210043；2.江蘇久吾高科技股份有限公司，江蘇 南京 210043）

0 引言

鈦石膏是硫酸法鈦白粉生產企業通過鈣法中和廢酸時產生的一種固體廢棄物，主要成分是CaSO4·2H2O。我國鈦白粉生產工藝90%以上采用硫酸法制鈦白工藝，按照每生產1 t鈦白粉副產4～5 t鈦石膏(干基)計算[1]，我國鈦石膏年排放量已經高達1 500余萬噸。鈦石膏具有雜質多、晶體小、含水率高的特性，且制成建筑石膏產品強度極低，幾乎沒有市場競爭力，年綜合利用率不足10%。近年來，我國環保政策日益收緊，鈦石膏的資源化利用問題制約著硫酸法鈦白粉企業的綠色健康發展。因此，探索鈦石膏資源化利用課題有著重大意義。

目前，我國僅有10%左右的鈦石膏是作為水泥緩凝劑進行綜合處理的[2-4]，絕大部分鈦石膏還是以堆存填埋為主[5-6]，不僅浪費大量土地資源，還給周邊環境帶來污染。同時，我國也是磷石膏副產大國，磷石膏是濕法磷酸生產過程中的副產物[7]，在我國每年生產量大約7 500萬噸。從2018年開始，我國磷石膏被大量綜合利用制備建筑石膏粉[8-9]，用于抹灰石膏、石膏基自流平等建筑行業[10-11]。隨著我國高速發展，建筑石膏粉作為一種優質的膠凝材料[12-13]，被廣泛應用于陶瓷模具、建筑建材、裝飾裝修及工藝美術等領域，用來制作成石膏線條、石膏砌塊、機噴石膏、石膏自流平、裝配式墻體等。由于其自身性能的優越性而倍受青睞，社會需求量大。隨著近幾年經濟的迅猛發展，這種需求量在不斷增加，而且對建筑石膏的質量及性能要求也越來越高。目前建筑石膏年產量超過500余萬噸，同時仍有上升趨勢。然而，天然石膏、脫硫石膏等優質資源已日趨緊張，磷石膏、鈦石膏具有產量大、價格低的優勢，在抹灰石膏行業有巨大市場前景。針對這個問題，本次研究主要將鈦石膏與磷石膏按一定比例進行混燒用于生產建筑石膏。在不影響石膏產品性能的前提下，將鈦石膏和磷石膏混合煅燒制備建筑石膏，可以有效地解決鈦石膏資源化利用問題，解決環境問題，同時可以降低抹灰石膏的成本。

1 實驗

1.1 實驗原料

鈦石膏來自于南京鈦白化工有限責任公司；磷石膏來自于湖北某磷化工企業。

1.2 實驗儀器

煅燒后的石膏相組成分析采用三相檢測儀；煅燒后的石膏凝結時間、標準稠度采用標稠桶進行檢測；煅燒后的2 h抗折強度、2 h抗壓強度由抗折抗壓一體機進行檢測。

2 鈦石膏預處理

傳統鈦石膏制備方法制取鈦石膏具有含水率高、品位低等問題。為了更好地保證混燒后產品質量，盡量綜合利用鈦石膏，本次實驗在混燒前先對鈦石膏進行預處理，目的是降低石膏含水率，同時提高石膏品位。

預處理工藝：（1）將鈦白廢酸中加入碳酸鈣進行中和反應，控制反應體系pH在2.5左右，采用離心機進行固液分離；（2）將離心得到的上清液返回中和池繼續中和處理。固體石膏采用廠區內的中和水進行1∶1清洗，清洗后得到鈦石膏，該種石膏具有白度高、含水率低、品位高等優點。

3 鈦石膏混燒工藝對石膏性能的影響

3.1 煅燒工藝

混燒工藝是將鈦石膏和磷石膏按照一定比例混合，通過計量皮帶輸送至沸騰煅燒機進行煅燒、陳化、磨粉和包裝。相較其他鈦石膏處理工藝而言，該種工藝簡單，且成本低廉，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.2 煅燒溫度對石膏性能的影響

實驗研究不同煅燒溫度對石膏性能的影響，實驗分別取1.8 kg磷石膏及0.2 kg鈦石膏進行混合煅燒，分別在120 ℃、130 ℃、140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃目標溫度下放入沸騰煅燒爐中進行煅燒，達到目標溫度保溫2 h， 然后置于實驗室中自然陳化2天 ，采用石膏水份檢測儀檢測石膏水份，控制石膏煅燒后的二水石膏含量為5%左右。將石膏進行研磨級配后，用三聯模制成石膏標準試塊（40 mm×40 mm×160 mm），檢測石膏煅燒后的初凝時間、終凝時間、標準稠度、2 h抗折強度、2 h抗壓強度，結果如表1所示。

表1 煅燒溫度對石膏性能的影響

從表1可以看出煅燒溫度在160 ℃時，石膏標準稠度用水量最低，隨著煅燒溫度的升高或者降低，石膏標準稠度用水量升高。煅燒溫度控制為160 ℃時，石膏2 h抗折強度及2 h抗壓強度最佳。綜上所述，應控制石膏煅燒溫度為160 ℃最優。

3.3 鈦石膏摻量對石膏性能的影響

實驗研究不同鈦石膏摻量對石膏性能的影響，實驗分別將磷石膏中混摻5%、10%、15%、20%的鈦石膏進行煅燒。控制煅燒溫度為160 ℃，放入沸騰煅燒爐中進行煅燒，達到目標溫度后保溫2 h， 再置于實驗室中自然陳化2天。實驗采用石膏水份檢測儀檢測石膏水份，目的是控制石膏煅燒后二水石膏含量為5%左右。將煅燒后的石膏進行研磨級配，采用三聯模制成石膏標準試塊（40 mm×40 mm×160 mm），檢測石膏的初凝時間、終凝時間、標準稠度、2 h抗折強度、2 h抗壓強度，實驗結果如表2所示。

表2 鈦石膏摻量對石膏性能的影響

從表2可以看出隨著鈦石膏摻量升高，石膏標準稠度需水量升高，初、終凝時間降低。如圖2所示，隨著鈦石膏摻量升高，2 h抗折抗壓強度下降，在鈦石膏摻量為10%時強度下降明顯。考慮到后期產品使用要求，鈦石膏摻量建議在10%。

圖2 鈦石膏摻量對抗折抗壓強度圖

3.4 混燒鈦石膏制備輕質抹灰石膏

磷石膏顏色偏灰適合用于生產抹灰石膏，實驗采用上述實驗在160 ℃煅燒石膏，混摻10%鈦石膏，將制得的建筑石膏粉用于制備抹灰石膏，考察該種混燒工藝制得石膏的應用情況。實驗室將陳化完成的石膏粉中添加緩凝劑，延長抹灰石膏凝結時間，使得石膏具有更長的操作時間。添加部分減水劑，降低抹灰石膏需水量，同時提高石膏流動性。將實驗室調配的抹灰石膏進行檢測，檢測結果如表3所示， 可以看出，采用該種混燒工藝煅燒的石膏可以滿足國家標準要求，可以用于制備抹灰石膏。

表3 抹灰石膏檢測標準結果

4 結語

將磷石膏混摻10%的鈦石膏，采用沸騰爐在160 ℃進行煅燒后，制得的建筑石膏粉，其初凝時間和終凝時間較好，標準稠度下需水量較低，同時2 h抗折強度和2 h抗壓強度較高，采用該種建筑石膏粉制得的抹灰石膏可以達到國家標準。通過該種工藝可以提高鈦石膏的整體綜合利用率，實現變廢為寶。