球團煙氣脫硫石膏制紙面石膏板的研究

1、球團煙氣脫硫石膏制球團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)、高強度紙面石膏板。試驗對球團煙氣脫硫石膏的物化性能進行分析，研究球團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)泡劑種類對紙面石膏板性能的影響試驗制備的紙面石膏板配方中，球團煙氣脫硫石膏約占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)開采的過程中，除了得到純度較高的目標資源外，還會產(chǎn)生大量的工業(yè)副產(chǎn)品，其中包括大量的球團煙氣脫硫石膏。為了降低燃煤過程中的二氧化

2、硫等有害氣體對大氣的污染，對球團礦進行燒結(jié)的過程中，通常采用石灰(石灰石)/石膏濕法煙氣脫硫工藝對煙氣進行脫硫，最終得到的產(chǎn)物即球團煙氣脫硫石膏，又稱脫硫石膏，英文簡稱FGD。據(jù)統(tǒng)計，至2014年我國工業(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，而且對生態(tài)環(huán)境造成的污染，有可能會超過煙氣未脫硫的污染程度。目前國內(nèi)的研究人員對脫硫石膏進行了大量研究，利用脫硫石膏制備-高強石膏、紙面石膏板、水泥緩凝劑及土壤改良劑等。本文以球團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)、高強度紙面石膏板。球團煙氣

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。球團煙氣脫硫石膏具有含水率低，二水硫酸鈣含量高等特點，能應用于多種石膏制備領(lǐng)域。球團煙氣脫硫石膏球團煙氣脫硫石膏吸收：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理機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,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無水化原料對比原料對比煅燒脫硫石膏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，并且延長了生產(chǎn)周期。 加入少量可溶性膠水，坯體強度很小。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 通過有機聚合物單體及粉末顆粒分散在介質(zhì)中制成

6、低粘度、高固相體積分數(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，通過引發(fā)劑和催化劑的作用使有機聚合物單體聯(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：（1）坯體強度高，可進行機械加工，制作形狀復雜的部件。（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(體積分數(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。 試驗以球團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程中，通過單體和交聯(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 固相含量對石膏板強度的影響 3.2 單體和交聯(lián)劑對紙面石膏板強度的影響 3.3 催化劑和引發(fā)劑對石膏漿初凝時間的影響 3.4 發(fā)泡劑對紙面石膏板性能的影響3.1 固相含量對石膏板強度的影響 為了保證紙面石膏板具有較高的強度，應盡可能地提高固含量，因為過低的固相含量使得坯體在干燥過程中收縮率較大，如圖4-1所示，這樣因收縮產(chǎn)生的內(nèi)應力使得坯體的強度降低。球團煙氣脫硫石膏（未

8、經(jīng)炒制）具有很強的觸變性能，過高的固相含量，使料漿流動性變差，成型不均勻。隨著料漿固含量的提高，強度呈上升趨勢。3.2 單體和交聯(lián)劑對紙面石膏板強度的影響 有機單體AM和交聯(lián)劑MBAM的加入量將決定漿料固化后坯體的性能。試驗中采用正交實驗設(shè)計原則，考察有機單體、交聯(lián)劑對坯體斷裂荷載和面密度的影響，確定最佳的加入量。試驗因素包括：有機單體AM的用量、交聯(lián)劑MBAM的用量，所有因素均取4個水平， 當AM加入量大于4%時斷裂荷載有增大趨勢，干燥收縮較大。本試驗確定加入量為4%AM。BMAM在反應過程當中充當?shù)氖菢蛄旱淖饔?，將單體形成的長鏈聯(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)格當中

9、，交聯(lián)劑越多網(wǎng)格越小，含水量就會減少，使收縮率減小， 當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的試樣測得。3.3 催化劑和引發(fā)劑對石膏漿初凝時間的影響催化劑和引發(fā)劑對石膏漿初凝時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的活化能降低，從而加速固化反應速率。而引發(fā)劑的作用是促使有機單體分子形成單體自由基，引發(fā)漿料的固化反應。實驗采用N,N,N,N-四甲基乙二胺為催化劑，10%的過硫酸銨作為引發(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，漿料初凝時間有下

10、降趨勢，引發(fā)劑含量的增加使得漿料中形成的初級自由基的濃度增大，單體聚合的速度加快，初凝時間，在更短的時間內(nèi)石膏顆粒原位凝固，成型效率變高。當催化劑加入量為0.1%時，初凝時間為8min，滿足凝膠注模操作要求。3.3 發(fā)泡劑對紙面石膏板性能的影響 本試驗分別選擇工業(yè)發(fā)泡劑和碳酸氫銨作為發(fā)泡劑，并與未添加發(fā)泡劑的石膏板進行對比，以研究兩者發(fā)泡效果以及對密度和力學性能的影響。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)泡劑可以在球團煙氣脫硫石膏制備的板芯