硬石膏煅烧增白超细的应用研究

2014-03-17李祥飞张青莉

中国非金属矿工业导刊 2014年5期

关键词：钛白粉白度湿法

李祥飞，朱玲，张青莉，董兵

（安徽皖北煤电集团恒泰非金属材料分公司，安徽马鞍山 238171）

【试验研究】

硬石膏煅烧增白超细的应用研究

李祥飞，朱玲，张青莉，董兵

（安徽皖北煤电集团恒泰非金属材料分公司，安徽马鞍山 238171）

利用煅烧增白超细技术对硬石膏进行增白研究，通过细度、煅烧温度和时间对硬石膏白度的影响，并进行工业化试验加以验证。结果表明：实验室内硬石膏煅烧温度800℃、煅烧2h，煅烧效果最佳，工业试验煅烧温度850℃、煅烧1.5h，煅烧白度可达到93%；通过超细增白后，硬石膏粉作为工程填料，可替代30%钛白粉用于造纸行业，进一步拓展了硬石膏的应用领域。

硬石膏；煅烧增白；超细加工

石膏与石灰、水泥并列为三大无机胶凝材料。自然界中的天然石膏主要为二水石膏(CaSO4·2H2O)和硬石膏(CaSO4)。我国天然硬石膏储量达300亿t，约占石膏资源总量的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，硬石膏产量和市场用量仅占石膏总产量的10%，主要应用于水泥的调凝剂、复合矿化剂，混凝土的膨胀剂、早强剂，或用于制备硬石膏基粉刷材料、石膏粘结材料等建材制品[2]。生产工艺简单、技术含量低，形成的产品虽然环保节能，但附加值低、推广难度大。因此，着力于研究硬石膏的增白超细技术及其高端应用具有非常重要的现实意义。

1 试验

1.1 原料及其性能

硬石膏。安徽含山恒泰非金属材料公司生产的硬石膏，其化学成分和物理性能如下(%)：200目筛余1.6、白度83、烧失量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，恒泰硬石膏的纯度较高，按理论计算，硫酸钙的质量分数88.98%，品位优良。通过对硬石膏原料的X-射线衍射分析，硬石膏中含有少量的碳酸钙、碳酸镁等。

1.2 试验方法

(1) 试验室小试。

硬石膏原矿石颚式破碎至直径约5～6cm，混合均匀，等分为3份。球磨粉磨至325目；湿法研磨至2 500目烘干。然后对制取的粉体分别进行白度、粒度检测以及化学成分分析。

(2) 工艺路线中试。

硬石膏原矿→颚破→粉磨→325目生粉→配料→47%固含浆料→湿法超细磨→90级浆料→干燥打散→90级干粉→煅烧→90级煅烧粉→窑尾解聚打散→2 500目以上煅烧石膏粉成品。

2 结果分析与讨论

2.1 煅烧增白试验

2.1.1 实验室煅烧增白

通过在700、800、900℃不同温度条件下煅烧，观察和检测硬石膏白度的变化，探索煅烧增白的可行性；通过分析白度随温度的变化规律，确定最佳煅烧温度；在最佳煅烧温度条件下，通过白度随煅烧时间的变化规律，确定最佳煅烧时间。试验结果见表1、表2(注：900℃有收缩、烧结现象)。

表1 不同温度不同细度硬石膏煅烧白度对比

表2 800℃时不同煅烧时间硬石膏煅烧白度对比

通过表1、表2可知，325目硬石膏粉在800℃时，煅烧效果最佳，煅烧时间越长，煅烧白度越高；2 500目硬石膏粉在800℃煅烧2h时，煅烧效果最佳。

2.1.2 工业化煅烧增白

为能通过目前国内现有成熟设备生产出合格的超细煅烧硬石膏粉，恒泰公司在实验室试制的基础上，与高岭土企业合作，利用其湿法剥片机和回转煅烧窑，试生产了100t“双90”级煅烧硬石膏，摸索了重要的生产参数，确立了超细高白煅烧硬石膏工业化生产的可行性。

(1) 煅烧超细硬石膏粉生产工艺。

325目生粉→配料→47%固含浆料→湿法超细磨→90级浆料→干燥打散→90级石膏粉→煅烧→90级煅烧粉→窑尾解聚打散→成品。

(2) 硬石膏超细加工。

硬石膏结构致密、脆，易于解离，2 000目以下细度干法生产产量较大，成本低，但2 000目以上干法生产设备磨损大，产量低，所以目前国内超细粉加工基本都是采用湿法研磨，后续烘干的工艺。恒泰公司采用目前国内先进的3000L湿法研磨机，通过研磨刀片和研磨介质的作用，能有效地对硬石膏进行解离，以保证其晶型结构的完整度，使超细粒子具有较高的遮盖性能。从试验结果看，325目硬石膏生粉配料固含为47%，HX-40G分散剂比例为4.5‰(干质)，研磨分散剂滴加量为3.6‰(干质)达到最佳效果，2μm含量达到90%以上，325目筛余＜0.005%，单机产量达到1.2t(干质)。固含超过47%时，在研磨过程中，随着细度的增加，粘度越来越高，应注意进浆频率，并观察出浆孔，防止石膏研磨过程中产生絮凝，堵塞出浆口，造成冒顶事故。

(3) 硬石膏煅烧增白。

从石膏样的组分看，影响其白度的主要因素为一些有机质、三价铁化合物等着色杂质，高温煅烧能够去除硬石膏中的碳、硫、有机质等，在煅烧过程中，保持煅烧设备内弱还原气氛，能够将红褐色的三价铁还原为二价铁化合物，从而达到增白的目的[3]。付彦林等[4]利用恒泰硬石膏进行煅烧—酸浸增白研究，发现硬石膏经800℃煅烧2h，能达到最佳的效果。本次试验采用煤气为热源直燃内热式逆流煅烧回转窑，窑温与实验室用热电偶加热相比，温差较大，但热损失小，生产成本低；风力输送采用负压风机，既保证窑内氧气量的供应，又能维持窑内的稳定的微负压环境，促使CO的生成，CO作为还原剂将Fe3+还原成Fe2+。本次中试，共生产试验料100t，由于直燃内热式逆流煅烧回转窑窑头温度比窑内温度高40～60℃，为验证实验室试验数据，故本次中试煅烧温度采用800、850、900、950℃等4个温度区间进行试验，试验结果见表3(中试工艺参数：给料频率19～22Hz、物料平均停留时间1.5h)。

硬石膏的最佳煅烧温度在试验室为800℃左右，在实际生产中为850℃左右，煅烧后石膏的白度可以达到93%左右。

表3 硬石膏中试煅烧试验结果

表4 不同填料100μm遮盖率对比

2.2 造纸应用试验

造纸、涂料行业为提高遮盖性能、光散射性能、改善外观、降低成本等，大量使用无机矿物填料，目前主要使用的是钛白粉、煅烧高岭土、滑石粉、碳酸钙等。超细硬石膏粉经适当煅烧后，白度增高，并成为一个充满孔隙的结构，光散射系数有了很大的提高，这一特性可赋予纸张较高的不透明度，既可代替昂贵的钛白粉用于轻量涂布和未漂浆原纸的涂布，又可明显提高涂层的油墨吸收性，同时对纸张的光泽度无不利的影响，加上煅烧超细硬石膏粉比其他填料硬度低、磨耗值小，用于生产涂布纸，高速、多彩印刷是非常有利的[5-6]。煅烧硬石膏粉遮盖率与高岭土、重质碳酸钙等填料遮盖率对比数据见表4。

超细煅烧硬石膏产品的白板白度值明显比其他产品白度值低的主要原因是硬石膏煅烧后配制乳液呈微红状，影响其蓝光反射，从而导致在遮盖率板上涂层白度值低，其与钛白粉配比配制乳液后无明显红色，易于刮板，其白度值略低于钛白粉，遮盖效果基本无差别。为验证上述小试结论，在山东某造纸厂用硬石膏超细粉等量替代30%钛白粉用量，生产的纸张各项性能指标均符合标准要求。