工業(yè)廢渣磷石膏生產(chǎn)紙面石膏板紙芯粘結(jié)性研究--劉月強(qiáng)石秀芹.doc

1、刊于磚瓦 工業(yè)廢渣磷石膏生產(chǎn)紙面石膏板紙芯粘結(jié)性研究 Study on cardboard-gypsumcore cohesiveness to produce plasterboard with industry waste residue-phosphogypsum劉月強(qiáng) 石秀芹 摘 要：在紙面石膏板生產(chǎn)中用未經(jīng)凈化的磷石膏，半水磷石膏的制備工藝并非影響板材紙芯粘結(jié)的主要因素；工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明，通過優(yōu)化反面吸水率不同的護(hù)面紙板與不同模式改性淀粉的組合、調(diào)節(jié)石膏粉凝結(jié)時(shí)間，完全可解決紙芯粘結(jié)不良問題。關(guān)鍵詞：磷石膏；雜質(zhì)；凈化；建筑石膏；粘結(jié)性；護(hù)面紙板；吸水率；改性淀粉；遷移性；凝結(jié)時(shí)間

2、；硬石膏 Abstact : With the phosphogypsum production plsterboard, Stucco plaster production methodes are not main influence factor for plsterboard cohesiveness; The project practice and the experiment indicated that, through selects appropriate cardboard and starch, adjusts plaster setting-time, may sol

3、ve the cardboard - gypsumcore caking not good problem.Keywords: phosphogypsum；impurites; Purification; stucco plaster; cohesiveness;cardboard;water-absorptivity;modified-starch;migratory;setting-time ;anhydrite A引言磷石膏是磷礦石（主要成份氟磷酸鈣3Ca3(PO4)2·CaF2）用硫酸提取磷酸溶液后進(jìn)一步制取磷素肥料的工業(yè)廢渣。反應(yīng)方程式 ：Ca10F2(PO4)6+10H2

4、SO4 + 20H2O 6H3PO4+10CaSO4·2H2O+2HF多數(shù)商品磷礦石（P2O5 30-34%, CaO 48-52%）制取磷酸時(shí)，得每噸P2O5的磷酸，生成4.8-5噸的磷石膏，這個(gè)數(shù)量是驚人的。目前，全世界每年的磷石膏排放量在2億噸左右，而僅我國就超過1500萬噸。不僅占用了大量土地，同時(shí)由于磷石膏中含有大量的殘留酸、可溶磷、有機(jī)物、氟化物等，又造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。 然而，磷石膏是一種非常好的再生資源，綜合利用磷石膏，即節(jié)約土地、又能保護(hù)環(huán)境，符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。國家已出臺了一系列優(yōu)惠政策鼓勵(lì)利用磷石膏。在紙面石膏板生產(chǎn)中，磷石膏摻量達(dá)到30%的享受免征產(chǎn)品

5、增值稅的政策。紙面石膏板在我國已有三十多年的發(fā)展歷史，起初都使用天然石膏作板芯膠凝材料，最近幾年來，在國家政策的引導(dǎo)下，許多石膏板廠家開始嘗試?yán)昧资嗖糠只蛉看嫣烊皇嗌a(chǎn)建筑石膏作紙面石膏板板芯膠凝材料。未經(jīng)凈化的磷石膏用在紙面石膏板生產(chǎn)中紙芯粘結(jié)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，時(shí)常存在粘結(jié)不良的現(xiàn)象。紙芯濕不粘結(jié)易堵干燥機(jī)，也是造成干不粘結(jié)的主要因素;干不粘結(jié)是廢品。必須保證板材干濕粘結(jié)，板材生產(chǎn)流水線才正常運(yùn)行。但磷石膏游離水多、酸性強(qiáng)，雜質(zhì)成份又非常復(fù)雜，特別是P2O5、 F、有機(jī)物和堿的存在減弱了用磷石膏制備的半水石膏的凝結(jié)和硬化能力，嚴(yán)重影響了它在紙面石膏板生產(chǎn)中的應(yīng)用。水洗、中和、分級是

6、凈化處理磷石膏的有效方法，但高昂的凈化成本（水洗凈化1噸磷石膏需水3-5噸）讓磷石膏在石膏板行業(yè)失去了利用價(jià)值，又會造成嚴(yán)重二次污染。有些石膏板廠家為解決紙芯粘接問題在半水磷石膏制備工藝上作了大量探索，往往效果不佳。怎樣直接利用未經(jīng)凈化處理的磷石膏，經(jīng)簡單的烘干、煅燒作紙面石膏板的板芯膠凝材料呢？筆者2005年在南昌從事了一條全用未經(jīng)凈化的磷石膏的2000萬平米/年的紙面石膏板生產(chǎn)線項(xiàng)目。做了大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，磷石膏利用的效果很好，特別是解決了紙芯粘結(jié)不良問題，有關(guān)情況與大家交流。一、紙面石膏板護(hù)面紙板與石膏芯材粘結(jié)原理紙面石膏板的護(hù)面紙板與石膏芯材必須牢固結(jié)合才能形成較高的板材整體強(qiáng)

7、度，這種粘結(jié)與半水石膏水化結(jié)晶、紙的吸水性、粘結(jié)劑性能、成型工藝等有密切關(guān)系。板材紙芯的濕粘結(jié)是通過紙的吸水、吸漿性來實(shí)現(xiàn)的，石膏漿在紙芯結(jié)合界面凝固后，二水石膏結(jié)晶體嵌入到紙中與紙纖維結(jié)合達(dá)到濕粘結(jié)效果。在干燥后的紙面石膏板橫斷面中，兩層護(hù)面紙和石膏芯材之間形成結(jié)合層，結(jié)合層主要是二水石膏（CaSO4·2H2O）晶體以及在干燥過程具有遷移性隨水分蒸發(fā)從板心中遷移出的粘結(jié)劑，石膏晶體和粘結(jié)劑都滲透到紙中，見圖（1）。這個(gè)結(jié)合層除了使紙芯結(jié)合外，還防止潮氣侵入CaSO4·2H2O晶體中，導(dǎo)致晶體溶解再結(jié)晶后紙芯脫離。粘結(jié)劑一般選用具有遷移性的改性淀粉，遷移富集、熟化后防止護(hù)面

8、紙界面上的二水石膏晶體在干燥過程中過度受熱改變晶體結(jié)構(gòu),又提高了紙芯搭接強(qiáng)度。 二、粘結(jié)性試驗(yàn)簡介1、 試驗(yàn)方法取在實(shí)驗(yàn)室中烘干、煅燒的半水磷石膏200克，按水膏比W/P=0.7攪拌制漿，配水中按相對石膏粉比例摻加淀粉：0.5 % 0.8% 1% 1.2% 1.5% 2.0% 2.4% 3.0%取上下護(hù)面紙（規(guī)格200mm×200mm）各一張做小樣板粘結(jié)試驗(yàn)。在石膏漿刀凝前將濕板樣予以整平，終凝發(fā)熱后觀察紙芯濕粘結(jié)情況，濕粘結(jié)好的放入烘箱中干燥，干燥后觀察干粘結(jié)性效果。 用烘箱干燥小板濕樣升溫曲線見圖（2） 操作過程：烘箱溫度升至130，把小板濕樣放入、10min升至160，恒溫30

9、min。然后打開烘箱門降溫度至125烘干50min。烘干過程注意烘箱的鼓風(fēng)排潮。 2、取樣與制樣1）磷石膏 取自安徽T地和湖北W地，都未經(jīng)凈化處理，基本情況如下： 產(chǎn)地 項(xiàng) 目安徽（T）湖北（W）H2O-10%8%干基品位80%81%顏色灰白灰PH值33.5Na2O+K2O0.2%0.28%P2O51.0%1.3%F0.23%0.33% 試驗(yàn)室中半水磷石膏的制備：取1000g樣品置于醫(yī)用托盤中，料層厚20mm，用烘箱165、70min烘干與煅燒。該過程中注意烘箱排潮及翻料2-3次。制備樣主要技術(shù)指標(biāo)：項(xiàng)目指標(biāo)初凝4-6min終凝8-10minH2O+5.0-6.0%W/P68-70%強(qiáng)度（2h

10、濕抗折）1.8-2.2MPa細(xì)度0.4mm篩余02）護(hù)面紙板 取自山東某地的三個(gè)樣，反面吸水性差別比較大： 20g/m2、 30g/m2、 42g/m2其他技術(shù)指標(biāo)：定量 220±5g/m2含水率 9-11%橫向伸縮性2% 強(qiáng)度、透氣性都合格3）改性淀粉石膏板生產(chǎn)中，選用的粘結(jié)劑多數(shù)為改性后具有遷移性的玉米淀粉，試驗(yàn)取了檢測合格并且多個(gè)紙面石膏板廠常用的江蘇某地的在溶液、和真空反應(yīng)器中變性的A型淀粉(主工藝過程：制備淀粉乳、干燥、真空改性工藝)和山東某地加某些改性劑（如一些氧化劑等）直接炒制改性的B型淀粉。3、試驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)格按試驗(yàn)方法要求進(jìn)行試驗(yàn)操作，結(jié)果如下：1）濕粘結(jié)情況濕粘結(jié)與淀

11、粉摻加與否無關(guān)，但與紙的反面吸水性關(guān)系密切。條件：水膏比 W/P=0.7 湖北W地的磷石膏制作的半水石膏+、護(hù)面紙結(jié)果：、濕不粘結(jié)，但經(jīng)刀凝前整平濕粘結(jié)良好；、濕粘結(jié)，整平后效果更好；、濕粘結(jié)，整平后效果更好。另外：用實(shí)驗(yàn)室制備的安徽T地的半水磷石膏重復(fù)上述試驗(yàn)結(jié)果一致。用實(shí)際生產(chǎn)中先烘干后煅燒的兩地半水磷石膏粉重復(fù)上述試驗(yàn)結(jié)果一致。2）干粘結(jié)情況第一組試驗(yàn)：湖北T地的半水磷石膏+不同摻量的A型淀粉+、護(hù)面 紙板 水膏比：W/P=0.7A（%） 紙0.50.811.21.52.02.43.0×××××××第二組試驗(yàn): 湖北W

12、地的半水磷石膏+不同摻量的B型淀粉+、護(hù)面紙板 水膏比：W/P=0.7B（%） 紙0.50.811.21.52.02.43.0×××××××用實(shí)驗(yàn)室制備的安徽T地及實(shí)際生產(chǎn)的兩地半水磷石膏粉重復(fù)上述試驗(yàn)結(jié)果一致。注： 紙面石膏板用天然半水石膏作板芯膠凝材料時(shí)，改性淀粉相對半水石膏粉的摻量在0.6-0.8%的水平。 × 濕粘結(jié)，干不粘結(jié)。 濕粘結(jié)，但干粘結(jié)上下紙都不良或下紙粘結(jié)上紙脫落或放置一 段時(shí) 間后上下紙脫落、變成裸板。 干、濕粘結(jié)良好。三、項(xiàng)目實(shí)踐的情況項(xiàng)目制粉系統(tǒng)選用熱煙氣在回轉(zhuǎn)窯中烘干后用沸騰爐煅燒、精磨

13、分級、冷卻工藝，見圖（3）： 安徽和湖北兩地的磷石膏都產(chǎn)出了合格的建筑石膏，技術(shù)指標(biāo)：項(xiàng)目指標(biāo)初凝8-9min終凝14-15minH2O+4.5-5.0%W/P68-70%強(qiáng)度（2h濕抗折）2.2-2.5MPa細(xì)度0.2mm篩余4.0%用該建筑石膏做板材小樣粘結(jié)試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室中烘箱做的建筑石膏的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果一致。 1.投料試產(chǎn)時(shí)由于磷石膏在高溫快速烘干時(shí)產(chǎn)生大量可溶性硬石膏（A）， 需水量大，并在高速攪拌的條件下快速凝結(jié)出現(xiàn)板材濕不粘結(jié)的情況， 需調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間。實(shí)踐證明：成型料漿初凝不應(yīng)低于4分鐘，以充分保證 護(hù)面紙板的吸漿時(shí)間。3、生產(chǎn)線濕板出成型機(jī)后的熨平板應(yīng)前輕后重，最后一道熨平應(yīng)在石膏料

14、漿刀凝前，否則會在一定程度上影響板材紙芯濕粘結(jié)，特別是選用了低吸水率的護(hù)面紙時(shí)。4、所選的三種反面吸水性不同的紙和兩種模式改性的淀粉在生產(chǎn)線運(yùn)行中都交叉選用，與試驗(yàn)結(jié)果一致。5、項(xiàng)目生產(chǎn)操作過程中，出現(xiàn)板芯粘結(jié)不良的質(zhì)量問題都依據(jù)試驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐總結(jié)的相關(guān)規(guī)律逐一得到解決。 四、試驗(yàn)結(jié)果與項(xiàng)目實(shí)踐分析總結(jié)1、實(shí)驗(yàn)室半水磷石膏制備加工條件與項(xiàng)目生產(chǎn)工藝實(shí)踐大相徑庭，但相關(guān)紙芯粘結(jié)性試驗(yàn)結(jié)果各方面一致，表明未經(jīng)凈化的磷石膏制備建筑石膏的工藝選擇對板材紙芯粘結(jié)影響非決定因素。煅燒后的半水磷石膏有關(guān)技術(shù)指標(biāo)只要滿足GB9776-88就可以。2、從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析知，濕法改性的A型淀粉對各種不同反面吸水性的護(hù)

15、面紙板匹配性強(qiáng)，但炒制的B型淀粉更適合于反面吸水性偏高的護(hù)面紙板，其摻量也稍低。但無論選用A型或B型淀粉，相對半水磷石膏粉摻量宜高于相對天然石膏粉0.6-0.8%（厚度9.5mm板）的摻加水平（不低于1%），這與料漿的濃度、單位質(zhì)量料漿與護(hù)面紙搭接面積有關(guān)。具體摻量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐情況確定。3、濕板成型階段的熨平對選用反面吸水性偏低的護(hù)面紙板的生產(chǎn)線也有影響，應(yīng)注意正確的熨平操作方法。4、影響磷石膏紙面石膏板紙芯粘結(jié)的主要因素應(yīng)在于：護(hù)面紙的選用及粘結(jié)劑的選擇與摻量的確定、石膏粉凝結(jié)時(shí)間的調(diào)節(jié)。 當(dāng)然，影響磷石膏板紙芯粘結(jié)的其他因素還有成型工藝（直接影響水膏比、 發(fā)泡）半水石膏級配、干燥等，只要作優(yōu)化處理滿足基本技術(shù)要求就可以。結(jié)語磷石膏變廢為寶、綜合利用是利國利民的大事。在紙面石膏板生產(chǎn)線中采用未經(jīng)凈化處理的磷石膏作膠凝材料，紙芯粘結(jié)不良是亟待解決的問題，但它是有規(guī)律可循的，望上述的試驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐能給相關(guān)同行帶來一些啟示，走出磷石膏必須凈化和后續(xù)處理工藝探索的誤區(qū)。在紙面石膏板生產(chǎn)中磷石膏是可以直接加以利用，并且也是簡單可行的。作者簡介 劉月強(qiáng) 復(fù)合材料工程專業(yè)工程師 長期從事濕法、干法阿爾法半水石膏、化學(xué)石膏高附加值利用、紙面石膏板、石膏砌塊等石膏深加工項(xiàng)目工