硬石膏超细增白工业化生产研究
2018-09-29刘少林李祥飞
刘少林，朱 玲，李祥飞
（安徽省皖北煤电集团恒泰非金属材料公司，安徽 马鞍山 238171）
1 引言
硬石膏是一种硫酸盐矿物，其主要化学成分为CaSO4，属斜方晶系。较为纯净的硬石膏呈透明、无色或白色， 通常因含有一定的杂质而呈半透明、暗灰色，有时还微带红色或蓝色。硬石膏中的矿物杂质主要为方解石、白云石等碳酸盐类矿物，有时还含有少量的二水石膏、水云母、蒙脱石和天青石等，通常为鳞片状、粒状、柱状、纤维状结构，呈块状、似层状、似水平状、斑晶状和角砾状构造。硬石膏虽具有潜在的水化活性，但通常表现为难溶于水、水化速度较慢、凝结能力差或几乎不凝结，不具有早期强度，因而多年来主要应用于水泥行业做水泥调凝剂和矿化剂，目前约90%的硬石膏应用于此。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[1]。因此，着力于研究硬石膏的增白超细技术将其应用于涂料、造纸、橡胶等行业具有非常重要的现实意义[2-3]。
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，可代替昂贵的钛白粉用于轻量涂布和未漂浆原纸的涂布。因其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，且煅烧超细硬石膏粉同比其他填料硬度较低，磨耗值小，对于高速、多彩印刷是非常有利的[4-5]。
为提高硬石膏的综合利用价值，对硬石膏粉体进行超细煅烧增白工业化生产研究，对比煅烧高岭土、重质碳酸钙等功能性填料产品，可生产出细度2μm≥80%，白度≥90的硬石膏超细粉体[6]。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
硬石膏，安徽含山恒泰非金属材料公司生产，其化学成分和物理性能见表1。
表1 硬石膏化学成分和物理性能(%)
从表1可以看出，该硬石膏的纯度较高，按理论值计算，硫酸钙的质量分数为90.68%，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。
2.2 工业化生产
2.2.1 原材料制备
人工拣选100t优质硬石膏矿石备用。
2.2.2 工艺路线
硬石膏原矿→颚破→粉磨→325目生粉→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→5 000目以上煅烧石膏粉成品。
3 结果分析与讨论
3.1 硬石膏超细
3.1.1 粉碎(研磨至325目)
该过程主要设备是5R雷蒙机，共计开机时间27h，总共生产325目生粉105t，产能合计3.9t/h，雷蒙机及325目硬石膏指标见表2。
表2 粉碎硬石膏雷蒙机参数指标
3.1.2 配料(研磨至90级)
配料工段采用预分散方式，制取硬石膏粉体悬浮液，其固含量(粉料重量/悬浮液总重量)为47%±2%，预分散时分散助剂用量为4.4‰。
3.1.3 湿法超细研磨
本工段主要设备是研磨机，开机时间72h，消耗分散剂305kg；共计研磨90级石膏84.6t(折算成干粉)，其单台研磨机产量1.18t/h(折算成干粉)，详见表3。
表3 湿法超细研磨硬石膏产品的技术参数指标
3.1.4 窑前干燥
90级硬石膏浆料干燥参数指标见表4。
表4 石膏浆料干燥参数指标
3.1.5 窑前打散
硬石膏粉经过干燥后存在假性颗粒，经过窑前打散机均匀打散，使物料粉碎还原。窑前打散总计开机时间为63h，共计打散90级超细硬石膏粉体75.85t，其生石膏打散的技术参数指标见表5。
表5 石膏打散参数指标
3.2 硬石膏煅烧
3.2.1 产品煅烧
本次窑炉共煅烧62h(不包括降温时间)，其具体的技术参数指标见表6。
表6 硬石膏煅烧参数指标
3.2.2 窑尾打散
硬石膏煅烧后，由于其粒径较小，在煅烧过程中，因高温产生团聚性或结块物料，其硬度较大，必须经过窑尾打散机打散解聚，使其产品粒度指标符合要求。
窑尾打散机开机时间共计52h，其煅烧超细硬石膏产品的具体打散工艺技术参数见表7。
表7 煅烧超细石膏打散参数指标
4 结论
(1) 试验成果表明，煅烧超细90级硬石膏产品在工艺技术方法上是可行的，无水硬石膏经超细、煅烧后，其产品的白度可达到93%，产品细度≤2μm的含量可达到82%～85%的粒度范围。
(2) 工业化大规模生产硬石膏超细粉的重点环节为：①研磨工段：硬石膏研磨较为困难，其产品细度≤2μm的含量通常只能控制在85%～88%(如果要提高细度，只能再降低产能或者串磨)范围内，湿法超细研磨时的浆料固含量也偏低，只有约47%，分散剂用量也较高，从而导致其产能较低。②窑前打散：由于硬石膏水化后粘结性能变大，在窑前打散比较困难，导致电流波动加大，影响产能，只有约1.20t/h。
(3) 研究成果表明，控制好煅烧时供料的连续、稳定是获得稳定和较为理想白度(约93)的重要影响因素，在今后的实际生产过程中应当予以足够重视。
