利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺.pdf

本发明涉及利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的工艺方法，即预处理+烘干+煅烧+粉磨四步法工艺，本工艺针对柠檬酸石膏的自身特点，进行全方位工艺优化，生产过程运行稳定，自动化程度高，产品质量高且稳定、易控制。本发明旨在对柠檬酸行业固体废物——柠檬酸石膏进行综合处理再利用，达到变废为宝、节能减排的目的。同时，利用柠檬酸石膏所生产的建筑石膏性能优良，可作为一种新型建筑材料，替代天然石膏，从而保护国家天然矿产资源，具有广阔的应用和市场前景。

权利要求书
1.  利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其特征在于：其步骤如下：
(1)将柠檬酸石膏原料进行水洗，并向其中添加碱性物质，使处理后原料的pH值控制在4-10；
(2)将上述经过预处理的柠檬酸石膏送入滚筒烘干机，烘干时间控制在15-30min，烘干温度控制在450-550℃，烘干后原料的附着水含量重量分数≤6％；
(3)将烘干后的物料送至沸腾煅烧炉；煅烧炉的煅烧温度控制在150-190℃，煅烧时间30-50min，经煅烧后排出的物料中结晶水含量重量分数≤5％；
(4)将煅烧后的物料送入球磨机粉磨既得产品。

2.  根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的碱性物质为氧化钙或氢氧化钠或次氯酸钠或次氯酸钙或其混合物。

3.  根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的pH值控制在6.5-8.5。

4.  根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(2)中的烘干时间控制在18-25min，烘干温度控制在480-520℃。

5.  根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(3)中的煅烧温度控制在160-180℃，煅烧时间35-45min。

6.  根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(2)中的滚筒烘干机采用热空气为热源。

说明书利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺
技术领域
本发明涉及一种柠檬酸石膏的综合处理工艺，具体涉及一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺。
背景技术
柠檬酸企业生产过程中会产生大量的柠檬酸石膏，其主要固体废物为二水硫酸钙，目前大多数企业采用的普遍做法是征地或租地暂时存储或填埋，不仅占用大量耕地，浪费资源，而且未从根本上彻底解决固废污染问题，造成固废堆积如山，形成一种新型的白色污染或灰色污染。柠檬酸石膏看似一种固体废物，实则是一种非常宝贵的建材资源，如能加以正确利用、综合开发，必将变废为宝。
目前，市场上的石膏粉多是以天然石膏为原料煅烧而成，主要用于石膏板、石膏线条、石膏砌块等领域。近年来，随着建筑领域的飞速发展，天然石膏资源开发严重，甚至到了匮乏的地步，国家也出台了相关政策保护矿产资源。因此，从应用前景来看，化学石膏将取代天然石膏，成为一种新型的建筑材料。从对柠檬酸石膏的检测结果来看，其白度、品位远好于磷石膏和脱硫石膏，可与天然石膏媲美，可加工性能优良。国内对柠檬酸石膏的综合处理和应用刚刚起步，发展缓慢，尚未形成工业化、规模化的生产。
目前，在石膏生产线上普遍采用的工艺有两种，即一步法工艺和两步法工艺。一步法是集干燥、煅烧于一体的处理工艺，石膏原料由送料机送入煅烧炉内，在机械分散力和热风的作用下，沿旋转路线完成闪蒸脱水，达到要求水分后由排料口排出，物料停留时间短，属于快速煅烧。该工艺流程简洁，对原料水分较低的天然石膏、脱硫石膏、磷石膏较适用，但对柠檬酸石膏而言并不适合，一则处理量较大，二则水分较高，直接导致投资高、运行成本高，除尘负荷大，工艺也不稳定；此外，柠檬酸石膏不同于天然石膏、脱硫石膏和磷石膏，烘干、煅烧一步完成，不利于其最终产品的性能改善。
而烘干方式主要有以下几种：1、气流烘干，通常是热烟气与物料直接接触，热效率很高，能耗较低，但物料有所污染，此外对水分较高、处理量较大的柠檬酸石膏一套气流烘干装置不能满足要求，投资高，除尘负荷大；2、斯德干燥机，即旋转闪蒸干燥机，类似于一步法的煅烧炉，对高湿物料不适合；3、回转窑。通常是烟气或导热油作为加热介质，热效率一般，水分高物料应用少，容易粘筒壁，且受热不均匀；4、管束烘干机，目前热效率较高的一种烘干设备，但不适用于石膏物料，结管壁现象严重；5、浆叶加热机，导热油作为加热介质，部分干料返投以降低物料水分，物料受热不均，且水蒸汽较大，不容易及时排出，影响煅烧和除尘系统，不适合水分大物料处理。
煅烧方式主要有两种，即快速煅烧和慢速煅烧，快速煅烧的代表是斯德煅烧炉，物料在其内部停留时间短，煅烧效果不好，过烧较多，半水含量较低，产品性能不稳定；由此可见上述的已公开的技术均无法很好的应用于柠檬酸石膏的回收和生产中。
发明内容
针对现有柠檬酸石膏利用上所存在的诸多不足之处，本发明提供了一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的工艺方法，即预处理+烘干+煅烧+粉磨四步法工艺，本工艺针对柠檬酸石膏的自身特点，进行全方位工艺优化，生产过程运行稳定，自动化程度高，产品质量高且稳定、易控制。本发明旨在对柠檬酸行业固体废物-柠檬酸石膏进行综合处理再利用，达到变废为宝、节能减排的目的。同时，利用柠檬酸石膏所生产的建筑石膏性能优良，可作为一种新型建筑材料，替代天然石膏，从而保护国家天然矿产资源，具有广阔的应用和市场前景。
本发明采用的具体工艺步骤如下：
(1)将柠檬酸石膏原料进行水洗，并向其中添加碱性物质，使处理后原料的pH值控制在4-10；
(2)将上述经过预处理的柠檬酸石膏送入滚筒烘干机，烘干时间控制在15-30min，烘干温度控制在450-550℃，烘干后原料的附着水含量重量分数≤6％；
(3)将烘干后的物料送至沸腾煅烧炉；煅烧炉的煅烧温度控制在150-190℃，煅烧时间30-50min，经煅烧后排出的物料中结晶水含量重量分数≤5％；
(4)将煅烧后的物料送入球磨机粉磨既得产品。
本发明所采用的柠檬酸石膏原料为柠檬酸生产过程中产生的硫酸钙渣，其为细颗粒状，细度为80-200目，颜色为白色，白度为85-92％，品位较高，达95％以上。
该原料为化学石膏的一种，其性能远好于脱硫石膏、磷石膏，与天然石膏基本相当，可替代天然石膏使用。
采用上述的工艺，首先添加碱性物质以调节整个石膏原料的pH值，从而为后续的处理提供一个良好的反应环境，且在偏碱性的环境下处理所得的建筑石膏品质更好；为了达到最佳的效果，本发明所采用的碱性物质一般为氢氧化钠、氧化钙、次氯酸钠、次氯酸钙等中的一种或多种，添加碱性物质后，一般控制原料的pH值在4-10，更优选的控制在6.5-8.5；在调节pH前，需将柠檬酸石膏原料进行水洗，以去除其中的杂质以及其他的可溶物，方便后续的处理，一般控制水洗的次数为1-3次。
经过预处理的原料进行烘干时，发明人对比了现有的各种烘干手段，发现采用滚筒烘干机进行烘干最适合于本发明的原料，因为本发明所采用的原料为生产过程中所获得的，主要成分硫酸钙均是以二水硫酸钙的形式出现的，水分含量较大，且原料的量大，在经过多次试验后发明人最终确定了采用滚筒烘干机进行烘干，且确定了烘干时的具体参数为：烘干时间控制在15-30min，烘干温度控制在450-550℃，
经过烘干后的原料，其附着水含量控制在重量分数≤6％，且原料的白度得以保持，符合高档建材行业对于石膏白度的要求，而且烘干主要去除附着水，烘干后的物料附着水分不能过高，否则煅烧工序负荷过大，能耗将上升。而这里采用滚筒式烘干机，可以有效的处理数量大、水分高的原料，为后步的煅烧工艺提供有力的支持，而且为了进一步达到节能的目的，烘干机的热源可以采用热空气，而热空气一般可通过热交换的形式从生产过程中外排的废气中获得。
之所以采用沸腾煅烧炉进行煅烧，是由于沸腾煅烧炉是慢速煅烧的形式，其采用导热油作为加热介质，物料在其内部停留时间长，有利于半水晶体的形成和整体相组成分布，煅烧相对均匀，产品性能相对稳定，具有较好的强度。较之现在常用的快速煅烧法，可以有效的提高产品性能的稳定性，且降低能源的消耗，降低了处理的成本。该煅烧炉须与上述的滚筒烘干机配套使用，只有前部的烘干达标，后面的煅烧才能顺利进行。为了达到最佳效果，发明人控制煅烧时的参数为：煅烧温度控制在150-190℃，煅烧时间30-50min，进一步控制在：温度控制在160-180℃，时间35-45min。
经过煅烧后，排出的物料中结晶水含量≤5％，这样排出的物料中绝大多数为半水石膏，同时含有少量的无水石膏和微量的二水石膏，相组成及分布合理，大大提高了产品的品质和稳定性。
经过上述处理后的原料直接送入球磨机粉磨既得产品，这里采用粉磨，是对煅烧后的物料进行处理，进一步提升其可加工性能和制品性能，所得到的产品，其初凝时间6-12min，终凝时间10-25min，2h抗折强度2.4-3.0MPa，白度90％以上，完全符合《建筑石膏》GB9776-2008标准，可以作为合格的建筑用石膏。
综上所述，本发明所采用的建筑石膏的生产工艺，采用柠檬酸石膏作为原料，采用了四步法工艺，适合柠檬酸石膏及其它高湿物料的综合处理，工艺先进，自动化程度高，可控性好，所得产品性能优良。且整个生产工艺实现了低能耗低污染运行，所采用的设备均为已有设备，可操控性较高，适合于相关企业在现有技术水平上进行改进，具有广阔的推广前景。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
具体实施方式
下述实施例中提到的含水量均为重量分数
实施例1
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量氧化钙，处理后原料的pH值为6.62；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为28min，烘干温度控制在450℃，烘干后附着水含量为3.42％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为180℃，煅烧时间为47min，出料结晶水含量为3.65％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为7-9min，终凝时间20-25min，2h抗折强度2.45-2.55MPa，白度90.5-91.0％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。
实施例2：
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量次氯酸钠，处理后原料的pH值为7.83；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为25min，烘干温度控制在480℃，烘干后附着水含量为5.67％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为170℃，煅烧时间为45min，出料结晶水含量为4.24％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为6-8min，终凝时间18-22min，2h抗折强度2.65-2.75MPa，白度90.8-91.5％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。
实施例3：
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量氢氧化钠和次氯酸钙，处理后原料的pH值为7.74；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为23min，烘干温度控制在500℃，烘干后附着水含量为2.58％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为175℃，煅烧时间为42min，出料结晶水含量为4.33％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为6-9min，终凝时间16-20min，2h抗折强度2.7-2.8MPa，白度91.4-92.0％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。
实施例4：
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量氧化钙和次氯酸钠的混合物，处理后原料的pH值为8.57；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为21min，烘干温度控制在520℃，烘干后附着水含量为1.62％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为165℃，煅烧时间为36min，出料结晶水含量为4.9％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为7-10min，终凝时间19-22min，2h抗折强度2.8-2.9MPa，白度90.8-91.7％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。
实施例5：
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量氢氧化钠和次氯酸钠的混合物，处理后原料的pH值为6.71；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为20min，烘干温度控制在510℃，烘干后附着水含量为1.4％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为160℃，煅烧时间为44min，出料结晶水含量为4.41％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为8-11min，终凝时间19-24min，2h抗折强度2.75-2.90MPa，白度92.2-93.0％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。
实施例6：
一种利用柠檬酸石膏工业化全自动控制生产建筑石膏的四步法工艺，其步骤如下：
1、将柠檬酸石膏原料进行水洗预处理，并向其中添加微量氢氧化钠、氧化钙和次氯酸钠的混合物，处理后原料的pH值为9.25；
2、将处理好的原料由输送带定量送入滚筒烘干机，烘干时间为18min，烘干温度控制在550℃，烘干后附着水含量为0.8％；
3、将烘干后的物料输送至沸腾煅烧炉；
4、煅烧炉煅烧温度为155℃，煅烧时间为49min，出料结晶水含量为4.77％；
5、将煅烧后的熟石膏送入球磨机粉磨；
6、将粉磨后的石膏粉由输送系统送入成品仓；
7、石膏粉经检测初凝时间为7-11min，终凝时间20-24min，2h抗折强度2.7-2.8MPa，白度91.1-92.2％，符合《建筑石膏》GB9776-2008的要求。