球團(tuán)煙氣脫硫石膏制紙面石膏板的研究

1、球團(tuán)煙氣脫硫石膏制球團(tuán)煙氣脫硫石膏制紙面石膏板的研究紙面石膏板的研究主講人：dd摘要：摘要： 本文以球團(tuán)煙氣脫硫石膏為主要原料，采用凝膠注模成型工藝，研究制備一種新型的輕質(zhì)、高強(qiáng)度紙面石膏板。試驗(yàn)對(duì)球團(tuán)煙氣脫硫石膏的物化性能進(jìn)行分析，研究球團(tuán)煙氣脫硫石膏的漿料流變性能，單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑N,N -亞甲基雙丙烯酰胺加入量以及發(fā)泡劑種類對(duì)紙面石膏板性能的影響試驗(yàn)制備的紙面石膏板配方中，球團(tuán)煙氣脫硫石膏約占90%，充分利用工業(yè)副產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本。課題背景：課題背景：礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，除了得到純度較高的目標(biāo)資源外，還會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)副產(chǎn)品，其中包括大量的球團(tuán)煙氣脫硫石膏。為了降低燃煤過(guò)程中的二氧化

2、硫等有害氣體對(duì)大氣的污染，對(duì)球團(tuán)礦進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中，通常采用石灰(石灰石)/石膏濕法煙氣脫硫工藝對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，最終得到的產(chǎn)物即球團(tuán)煙氣脫硫石膏，又稱脫硫石膏，英文簡(jiǎn)稱FGD。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2014年我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)品石膏總量約5億t，此中脫硫石膏約1.3億t。如此巨量的脫硫石膏如果得不到充分合理的利用，不僅要造成大量的填埋土地，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染，有可能會(huì)超過(guò)煙氣未脫硫的污染程度。目前國(guó)內(nèi)的研究人員對(duì)脫硫石膏進(jìn)行了大量研究，利用脫硫石膏制備-高強(qiáng)石膏、紙面石膏板、水泥緩凝劑及土壤改良劑等。本文以球團(tuán)煙氣脫硫石膏為主要原料，采用凝膠注模成型工藝，研究制備一種新型的輕質(zhì)、高強(qiáng)度紙面石膏板。球團(tuán)煙氣

3、脫硫石膏是由CaCO3或者CaO吸收鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)球團(tuán)工序排放 的 S O2所 形 成 ， 其 主 要 成 分 是 CaSO42H2O，是純度高、粒度小的濕態(tài)二水硫酸鈣晶體，一般為黃色粉末或塊狀。球團(tuán)煙氣脫硫石膏具有含水率低，二水硫酸鈣含量高等特點(diǎn)，能應(yīng)用于多種石膏制備領(lǐng)域。球團(tuán)煙氣脫硫石膏球團(tuán)煙氣脫硫石膏吸收：SO2(g)SO2(1)H2OH+ +HSO3 H+SO32-溶解：CaCO3(s)+H+Ca2+ + HCO3-中和：HCO3- + H+ CO2(g)+H2O氧化：SO32- + 1/ 2O2SO42 -結(jié)晶：Ca2 + + SO42 - + 2H2OCaSO3 2H2O(s)脫硫

4、石膏形成的脫硫石膏形成的機(jī)理機(jī)理由于紙面石膏板具有質(zhì)輕、防火、隔音、保溫、隔熱、加工性強(qiáng)良好(可刨、可釘、可鋸)、施工方便、可拆裝性能好，增大使用面積等優(yōu)點(diǎn),因此廣泛用于各種工業(yè)建筑、民用建筑，尤其是在高層建筑中可作為內(nèi)墻材料和裝飾裝修材料。如:用于柜架結(jié)構(gòu)中的非承重墻、室內(nèi)貼面板、吊頂?shù)?。紙面石膏板紙面石膏板?面 石 膏 板 生 產(chǎn) 工 藝01工業(yè)方法生產(chǎn)紙面石膏板02凝膠注模成型方法生產(chǎn)紙面石膏板1工業(yè)方法生產(chǎn)紙面石膏板工業(yè)方法生產(chǎn)紙面石膏板1.工業(yè)方法生產(chǎn)紙面石膏板 工業(yè)制備方法制備紙面石膏板的工藝，是以建筑石膏（主要成分為型半水石膏CaSO3 1/2H2O，將天然石膏或脫硫石膏煅燒可

5、制得）為主要原料，摻入適量的纖維與添加劑做板芯，以特制的板紙為護(hù)面，經(jīng)加工制成板材。紙面石膏板的生產(chǎn)技術(shù)是基于建筑石膏水化機(jī)理，建筑石膏的主要成分石膏與水結(jié)合形成二水石膏。2.工業(yè)方法生產(chǎn)紙面石膏板工藝流程圖建筑石膏CaSO41/2H2O可以水化脫硫石膏CaSO42H2O無(wú)水化原料對(duì)比原料對(duì)比煅燒脫硫石膏A加粘結(jié)劑B解決方案解決方案 工藝中煅燒環(huán)節(jié)是經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯煅燒得到型半水石膏即建筑石膏，此環(huán)節(jié)耗能大，并且延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。 加入少量可溶性膠水，坯體強(qiáng)度很小。2凝膠注模成型方法生產(chǎn)紙面石膏板凝膠注模成型方法生產(chǎn)紙面石膏板2.1凝膠注模成型凝膠注模成型 通過(guò)有機(jī)聚合物單體及粉末顆粒分散在介質(zhì)中制成

6、低粘度、高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體，并加入引發(fā)劑和催化劑，然后將濃懸浮體（漿料）注入非多孔模具中，通過(guò)引發(fā)劑和催化劑的作用使有機(jī)聚合物單體聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠，并將顆粒原位黏結(jié)而固化形成坯體凝膠注模成型工藝特點(diǎn)：（1）坯體強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)械加工，制作形狀復(fù)雜的部件。（2）凈尺寸成型，坯體表面光潔，可避免或減少燒成后的加工。（3）漿料固相含量(體積分?jǐn)?shù))較高，一般大于50%。（4）由于原位凝固，坯體內(nèi)部均勻，缺陷少，提高了燒結(jié)后材料的可靠性。 試驗(yàn)以球團(tuán)煙氣脫硫石膏為主要原料，結(jié)合凝膠注模成型工藝將單體分子聚合巧妙地引入到脫硫石膏成型過(guò)程中，通過(guò)單體和交聯(lián)劑聚合，形成的高分子網(wǎng)絡(luò)將均勻料漿

7、中的粉體顆粒原位固定，從而成型均稱坯體，制得具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度特性的板材。將凝膠注模成型引入紙面石膏板制備工藝中，此環(huán)節(jié)在紙面石膏板工業(yè)生產(chǎn)中非常具有創(chuàng)新性，對(duì)節(jié)約能源也有重要意義。2.2工藝流程工藝流程3.分析與討論 3.1 固相含量對(duì)石膏板強(qiáng)度的影響 3.2 單體和交聯(lián)劑對(duì)紙面石膏板強(qiáng)度的影響 3.3 催化劑和引發(fā)劑對(duì)石膏漿初凝時(shí)間的影響 3.4 發(fā)泡劑對(duì)紙面石膏板性能的影響3.1 固相含量對(duì)石膏板強(qiáng)度的影響 為了保證紙面石膏板具有較高的強(qiáng)度，應(yīng)盡可能地提高固含量，因?yàn)檫^(guò)低的固相含量使得坯體在干燥過(guò)程中收縮率較大，如圖4-1所示，這樣因收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使得坯體的強(qiáng)度降低。球團(tuán)煙氣脫硫石膏（未

8、經(jīng)炒制）具有很強(qiáng)的觸變性能，過(guò)高的固相含量，使料漿流動(dòng)性變差，成型不均勻。隨著料漿固含量的提高，強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。3.2 單體和交聯(lián)劑對(duì)紙面石膏板強(qiáng)度的影響 有機(jī)單體AM和交聯(lián)劑MBAM的加入量將決定漿料固化后坯體的性能。試驗(yàn)中采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，考察有機(jī)單體、交聯(lián)劑對(duì)坯體斷裂荷載和面密度的影響，確定最佳的加入量。試驗(yàn)因素包括：有機(jī)單體AM的用量、交聯(lián)劑MBAM的用量，所有因素均取4個(gè)水平， 當(dāng)AM加入量大于4%時(shí)斷裂荷載有增大趨勢(shì)，干燥收縮較大。本試驗(yàn)確定加入量為4%AM。BMAM在反應(yīng)過(guò)程當(dāng)中充當(dāng)?shù)氖菢蛄旱淖饔?，將單體形成的長(zhǎng)鏈聯(lián)系在一起，成網(wǎng)格狀，也使石膏顆粒更好地均勻分布在這些網(wǎng)格當(dāng)中

9、，交聯(lián)劑越多網(wǎng)格越小，含水量就會(huì)減少，使收縮率減小， 當(dāng)MBAM和AM總加入量為6%左右，橫向、縱向斷面荷載增加不明顯，收縮率為9.5%，本試驗(yàn)確定MBAM加入量為2%，AM加入量為4%。以下數(shù)據(jù)均由厚度為1.2cm的試樣測(cè)得。3.3 催化劑和引發(fā)劑對(duì)石膏漿初凝時(shí)間的影響催化劑和引發(fā)劑對(duì)石膏漿初凝時(shí)間的影響凝膠注模工藝中催化劑的加入可以使得聚合反應(yīng)的活化能降低，從而加速固化反應(yīng)速率。而引發(fā)劑的作用是促使有機(jī)單體分子形成單體自由基，引發(fā)漿料的固化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)采用N,N,N,N-四甲基乙二胺為催化劑，10%的過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，引發(fā)劑和催化劑的質(zhì)量比為2:1.隨著催化劑加入量的增加，漿料初凝時(shí)間有下

10、降趨勢(shì)，引發(fā)劑含量的增加使得漿料中形成的初級(jí)自由基的濃度增大，單體聚合的速度加快，初凝時(shí)間，在更短的時(shí)間內(nèi)石膏顆粒原位凝固，成型效率變高。當(dāng)催化劑加入量為0.1%時(shí)，初凝時(shí)間為8min，滿足凝膠注模操作要求。3.3 發(fā)泡劑對(duì)紙面石膏板性能的影響 本試驗(yàn)分別選擇工業(yè)發(fā)泡劑和碳酸氫銨作為發(fā)泡劑，并與未添加發(fā)泡劑的石膏板進(jìn)行對(duì)比，以研究?jī)烧甙l(fā)泡效果以及對(duì)密度和力學(xué)性能的影響。三種石膏板樣品的斷面如圖3-2所示。根據(jù)斷面可知，加入工業(yè)發(fā)泡劑后石膏板內(nèi)部產(chǎn)生較多細(xì)小的孔隙，空隙分布較為均勻，而加入碳酸氫氨的樣品內(nèi)部空隙尺寸較大，且數(shù)量較多。4.試驗(yàn)結(jié)論1、凝膠注模成型工藝技術(shù)適合紙面石膏板的板芯成型，單體丙烯酰胺(AM)與交聯(lián)劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM）比例為4:2，分別占脫硫石膏總量的4%、2%，引發(fā)劑和催化劑的加入量分別是0.2%和0.1%2、工業(yè)發(fā)泡劑可以在球團(tuán)煙氣脫硫石膏制備的板芯