球团烟气脱硫石膏制纸面石膏板的研究

1、球团烟气脱硫石膏制球团烟气脱硫石膏制纸面石膏板的研究纸面石膏板的研究主讲人：dd摘要：摘要： 本文以球团烟气脱硫石膏为主要原料，采用凝胶注模成型工艺，研究制备一种新型的轻质、高强度纸面石膏板。试验对球团烟气脱硫石膏的物化性能进行分析，研究球团烟气脱硫石膏的浆料流变性能，单体丙烯酰胺、交联剂N,N -亚甲基双丙烯酰胺加入量以及发泡剂种类对纸面石膏板性能的影响试验制备的纸面石膏板配方中，球团烟气脱硫石膏约占90%，充分利用工业副产品，降低生产成本。课题背景：课题背景：矿产开采的过程中，除了得到纯度较高的目标资源外，还会产生大量的工业副产品，其中包括大量的球团烟气脱硫石膏。为了降低燃煤过程中的二氧化

2、硫等有害气体对大气的污染，对球团矿进行烧结的过程中，通常采用石灰(石灰石)/石膏湿法烟气脱硫工艺对烟气进行脱硫，最终得到的产物即球团烟气脱硫石膏，又称脱硫石膏，英文简称FGD。据统计，至2014年我国工业副产品石膏总量约5亿t，此中脱硫石膏约1.3亿t。如此巨量的脱硫石膏如果得不到充分合理的利用，不仅要造成大量的填埋土地，而且对生态环境造成的污染，有可能会超过烟气未脱硫的污染程度。目前国内的研究人员对脱硫石膏进行了大量研究，利用脱硫石膏制备-高强石膏、纸面石膏板、水泥缓凝剂及土壤改良剂等。本文以球团烟气脱硫石膏为主要原料，采用凝胶注模成型工艺，研究制备一种新型的轻质、高强度纸面石膏板。球团烟气

3、脱硫石膏是由CaCO3或者CaO吸收钢铁行业中烧结球团工序排放 的 S O2所 形 成 ， 其 主 要 成 分 是 CaSO42H2O，是纯度高、粒度小的湿态二水硫酸钙晶体，一般为黄色粉末或块状。球团烟气脱硫石膏具有含水率低，二水硫酸钙含量高等特点，能应用于多种石膏制备领域。球团烟气脱硫石膏球团烟气脱硫石膏吸收：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 -结晶：Ca2 + + SO42 - + 2H2OCaSO3 2H2O(s)脱硫

4、石膏形成的脱硫石膏形成的机理机理由于纸面石膏板具有质轻、防火、隔音、保温、隔热、加工性强良好(可刨、可钉、可锯)、施工方便、可拆装性能好，增大使用面积等优点,因此广泛用于各种工业建筑、民用建筑，尤其是在高层建筑中可作为内墙材料和装饰装修材料。如:用于柜架结构中的非承重墙、室内贴面板、吊顶等。纸面石膏板纸面石膏板纸 面 石 膏 板 生 产 工 艺01工业方法生产纸面石膏板02凝胶注模成型方法生产纸面石膏板1工业方法生产纸面石膏板工业方法生产纸面石膏板1.工业方法生产纸面石膏板 工业制备方法制备纸面石膏板的工艺，是以建筑石膏（主要成分为型半水石膏CaSO3 1/2H2O，将天然石膏或脱硫石膏煅烧可

5、制得）为主要原料，掺入适量的纤维与添加剂做板芯，以特制的板纸为护面，经加工制成板材。纸面石膏板的生产技术是基于建筑石膏水化机理，建筑石膏的主要成分石膏与水结合形成二水石膏。2.工业方法生产纸面石膏板工艺流程图建筑石膏CaSO41/2H2O可以水化脱硫石膏CaSO42H2O无水化原料对比原料对比煅烧脱硫石膏A加粘结剂B解决方案解决方案 工艺中煅烧环节是经过回转窑煅烧得到型半水石膏即建筑石膏，此环节耗能大，并且延长了生产周期。 加入少量可溶性胶水，坯体强度很小。2凝胶注模成型方法生产纸面石膏板凝胶注模成型方法生产纸面石膏板2.1凝胶注模成型凝胶注模成型 通过有机聚合物单体及粉末颗粒分散在介质中制成

6、低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体，并加入引发剂和催化剂，然后将浓悬浮体（浆料）注入非多孔模具中，通过引发剂和催化剂的作用使有机聚合物单体联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并将颗粒原位黏结而固化形成坯体凝胶注模成型工艺特点：（1）坯体强度高，可进行机械加工，制作形状复杂的部件。（2）净尺寸成型，坯体表面光洁，可避免或减少烧成后的加工。（3）浆料固相含量(体积分数)较高，一般大于50%。（4）由于原位凝固，坯体内部均匀，缺陷少，提高了烧结后材料的可靠性。 试验以球团烟气脱硫石膏为主要原料，结合凝胶注模成型工艺将单体分子聚合巧妙地引入到脱硫石膏成型过程中，通过单体和交联剂聚合，形成的高分子网络将均匀料浆

7、中的粉体颗粒原位固定，从而成型均称坯体，制得具有轻质、高强度特性的板材。将凝胶注模成型引入纸面石膏板制备工艺中，此环节在纸面石膏板工业生产中非常具有创新性，对节约能源也有重要意义。2.2工艺流程工艺流程3.分析与讨论 3.1 固相含量对石膏板强度的影响 3.2 单体和交联剂对纸面石膏板强度的影响 3.3 催化剂和引发剂对石膏浆初凝时间的影响 3.4 发泡剂对纸面石膏板性能的影响3.1 固相含量对石膏板强度的影响 为了保证纸面石膏板具有较高的强度，应尽可能地提高固含量，因为过低的固相含量使得坯体在干燥过程中收缩率较大，如图4-1所示，这样因收缩产生的内应力使得坯体的强度降低。球团烟气脱硫石膏（未

8、经炒制）具有很强的触变性能，过高的固相含量，使料浆流动性变差，成型不均匀。随着料浆固含量的提高，强度呈上升趋势。3.2 单体和交联剂对纸面石膏板强度的影响 有机单体AM和交联剂MBAM的加入量将决定浆料固化后坯体的性能。试验中采用正交实验设计原则，考察有机单体、交联剂对坯体断裂荷载和面密度的影响，确定最佳的加入量。试验因素包括：有机单体AM的用量、交联剂MBAM的用量，所有因素均取4个水平， 当AM加入量大于4%时断裂荷载有增大趋势，干燥收缩较大。本试验确定加入量为4%AM。BMAM在反应过程当中充当的是桥梁的作用，将单体形成的长链联系在一起，成网格状，也使石膏颗粒更好地均匀分布在这些网格当中

9、，交联剂越多网格越小，含水量就会减少，使收缩率减小， 当MBAM和AM总加入量为6%左右，横向、纵向断面荷载增加不明显，收缩率为9.5%，本试验确定MBAM加入量为2%，AM加入量为4%。以下数据均由厚度为1.2cm的试样测得。3.3 催化剂和引发剂对石膏浆初凝时间的影响催化剂和引发剂对石膏浆初凝时间的影响凝胶注模工艺中催化剂的加入可以使得聚合反应的活化能降低，从而加速固化反应速率。而引发剂的作用是促使有机单体分子形成单体自由基，引发浆料的固化反应。实验采用N,N,N,N-四甲基乙二胺为催化剂，10%的过硫酸铵作为引发剂，引发剂和催化剂的质量比为2:1.随着催化剂加入量的增加，浆料初凝时间有下

10、降趋势，引发剂含量的增加使得浆料中形成的初级自由基的浓度增大，单体聚合的速度加快，初凝时间，在更短的时间内石膏颗粒原位凝固，成型效率变高。当催化剂加入量为0.1%时，初凝时间为8min，满足凝胶注模操作要求。3.3 发泡剂对纸面石膏板性能的影响 本试验分别选择工业发泡剂和碳酸氢铵作为发泡剂，并与未添加发泡剂的石膏板进行对比，以研究两者发泡效果以及对密度和力学性能的影响。三种石膏板样品的断面如图3-2所示。根据断面可知，加入工业发泡剂后石膏板内部产生较多细小的孔隙，空隙分布较为均匀，而加入碳酸氢氨的样品内部空隙尺寸较大，且数量较多。4.试验结论1、凝胶注模成型工艺技术适合纸面石膏板的板芯成型，单体丙烯酰胺(AM)与交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBAM）比例为4:2，分别占脱硫石膏总量的4%、2%，引发剂和催化剂的加入量分别是0.2%和0.1%2、工业发泡剂可以在球团烟气脱硫石膏制备的板芯