一种高镁离子含量脱硫石膏纸面石膏板及其制备方法
技术领域
本文涉及纸面石膏板，尤指一种高镁离子含量脱硫石膏纸面石膏板及其制备方法。
背景技术
脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫的产物，随着燃煤电厂烟气脱硫项目的推广，我国每年的脱硫石膏产量惊人。脱硫石膏广泛用于建材等行业，促进了国家环保循环经济的进一步发展，而且还大大降低了天然石膏的开采量，保护了资源。如果不能对脱硫石膏进行有效地处理与应用，不仅是对资源的浪费，还会对环境造成二次污染。
目前利用脱硫石膏制备纸面石膏板的技术较为成熟，但石膏品质不稳定仍会影响到纸面石膏板的品质。从化学组成分析，脱硫石膏主要由CaO，SO3，还包括Na2O，K2O，MgO，Cl-等杂质。镁离子过量会给石膏制品带来粘结、膨胀、反碱等质量问题，在潮湿环境下，水溶性盐吸潮、析晶会影响到纸面石膏板护面纸与板芯的粘结，降低潮湿环境下护面纸和板芯的粘结能力，影响石膏板的应用。
我国电厂生产的脱硫石膏原料普遍品质较低，品质相差较大，产品性能各异，因此各纸面石膏板厂家在脱硫石膏进厂时都严格控制Mg2+等杂质含量，超标的脱硫石膏被限制使用，以防影响纸面石膏板的性能，尤其是粘结性能。本申请提供了一种改善高镁离子含量脱硫石膏制备纸面石膏板粘结性能的方法。
发明内容
本申请提供了一种高镁离子含量脱硫石膏纸面石膏板及其制备方法，能够以高镁离子含量脱硫石膏作为纸面石膏板的原料，解决了高镁脱硫石膏作为原材料制备的纸面石膏板脱水性、粘结性差的技术问题，以本发明方法制得的纸面石膏板可以在苛刻的测试条件下，板芯与护面纸不剥离，粘结效果好。
本申请提供了一种高镁离子含量脱硫石膏为原料的纸面石膏板，所述纸面石膏板包括板芯以及板芯外侧的护面纸，所述板芯的原料包括如下组分：脱硫石膏熟料100重量份和沸石0.5-10重量份；
根据JC/T%202074-2011《烟气脱硫石膏》，所述脱硫石膏满足三级以上脱硫石膏的技术要求规定：脱硫石膏生料中水溶性氧化镁含量≤0.2wt.％，以保证纸面石膏板性能。而在本发明提供的纸面石膏板中，所述脱硫石膏熟料为高镁离子含量的脱硫石膏熟料，镁离子含量记为x，镁离子在脱硫石膏熟料中的含量为0.14wt.％＜x≤1.75wt.％；
在本发明提供的纸面石膏板中，所述沸石为经过改性的沸石，所述改性沸石的比表面积500-1000m2/g，孔径0.40nm-0.80nm。未改性的沸石内部孔隙可能由于被有机物或者其他无机杂质占据，孔道不能全部打开，对镁离子的吸附、固化不显著。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述板芯的原料包括如下组分：脱硫石膏熟料100重量份、水60-75重量份、沸石0.5-10重量份、玻璃纤维0.05-0.2%20重量份、缓凝剂0.2-1重量份、淀粉0.2-1重量份。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述淀粉为改性淀粉；所述改性淀粉选自改性马铃薯淀粉、改性木薯淀粉、改性高粱淀粉和改性玉米淀粉中的一种或多种。所述改性淀粉水分含量：≤12wt.％；pH值：5-8；碱性流动度：14-20s。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述脱硫石膏熟料的比表面积为%203500-4000cm2/g。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述玻璃纤维选自中碱玻璃纤维，无碱玻璃纤维和抗碱玻璃纤维中的任意一种。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述玻璃纤维长度为9-15mm，纤维单丝直径为10-15μm。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述缓凝剂选自柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、磷酸和蛋白质类缓凝剂中的一种或多种。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述蛋白质类缓凝剂选自骨胶蛋白质缓凝剂和降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂。
另一方面，本发明还提供了上述的纸面石膏板的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理沸石，将其活化：将沸石焙烧，去除有机物，冷却至室温后使用水淋洗，淋洗后干燥至恒重；
(2)称量脱硫石膏熟料、玻璃纤维和经过预处理的沸石，机械搅拌，混合均匀，制得混合料；
(3)称量水、缓凝剂和淀粉，混合均匀制得混合液；
(4)向步骤(3)得到的混合液中加入步骤(2)制得的预混料，制成石膏料浆；
(5)将搅拌均匀的石膏料浆与护面纸搭接粘牢成型，制得湿板；
(6)待湿板凝固后，进入干燥机，经干燥后的湿板即为纸面石膏板。
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，步骤(1)中所述沸石焙烧温度为200-400℃，焙烧时间为1.5-3h，去除有机物后，冷却至室温；所述干燥温度为45-60℃，真空干燥烘干至恒重。此外，沸石还用去离子水淋洗10次，所用去离子水体积不小于沸石体积的10倍。
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，步骤(5)中的石膏料浆在离心力作用下甩入成型台上的下护面纸上，石膏料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与所述上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成成型；
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，步骤(6)中所述的干燥为干燥温度递减的两个以上的干燥阶段。
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，步骤(6)中所述的干燥共有三个干燥阶段，第一干燥阶段的干燥时间为0.5-1h，干燥温度为150-200℃；第二干燥阶段的干燥时间为0.5-1.5h，干燥温度为100-130℃；第三干燥阶段的干燥时间为12-36h，干燥温度为45-60℃。
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，干燥后的湿板还经过合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板产品。
本发明提供了提高纸面石膏板粘结效果的方法。沸石是天然多孔矿物，孔隙发达，晶体内部有大量的孔道和空穴，比表面积大，表现出很高的吸附性能，活化之后，孔道打开，可以吸附镁离子，降低潮湿环境下，水溶性盐吸潮、析晶对护面纸和板芯的粘结能力的影响，影响石膏板的应用。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书中所描述的方案来实现和获得。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本发明实施例中，所述纸面石膏板包括板芯以及板芯外侧的护面纸，所述板芯的原料包括如下组分：脱硫石膏熟料100重量份和沸石0.5-10重量份；
根据JC/T%202074-2011《烟气脱硫石膏》，所述脱硫石膏满足三级以上脱硫石膏的技术要求规定：脱硫石膏生料中水溶性氧化镁含量≤0.2wt.％，以保证纸面石膏板性能。
而在本发明实施例中，所述脱硫石膏熟料为高镁离子含量的脱硫石膏熟料，镁离子含量记为x，镁离子在脱硫石膏熟料中的含量为0.14wt.％＜x≤%201.75wt.％；
在本发明实施例中，所述沸石为经过改性的沸石，所述改性沸石的比表面积500-1000m2/g，孔径0.40nm-0.80nm。未改性的沸石内部孔隙可能由于被有机物或者其他无机杂质占据，孔道不能全部打开，对镁离子的吸附、固化不显著。
在本发明实施例中，所述板芯的原料包括如下组分：脱硫石膏熟料100%20重量份、水60-75重量份、沸石0.5-10重量份、玻璃纤维0.05-0.2重量份、缓凝剂0.2-1重量份、淀粉0.2-1重量份。
在本发明实施例中，所述淀粉为改性淀粉；所述改性淀粉选自改性马铃薯淀粉、改性木薯淀粉、改性高粱淀粉和改性玉米淀粉中的一种或多种。所述改性淀粉水分含量：≤12wt.％；pH值：5-8；碱性流动度：14-20s。
在本发明实施例中，所述脱硫石膏熟料的比表面积为3500-4000cm2/g。
在本发明实施例中，所述玻璃纤维选自中碱玻璃纤维，无碱玻璃纤维和抗碱玻璃纤维中的任意一种。
在本发明实施例中，所述玻璃纤维长度为9-15mm，纤维单丝直径为10-15%20μm。
在本发明实施例中，所述缓凝剂选自柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、磷酸和蛋白质类缓凝剂中的一种或多种。
在本发明实施例中，所述蛋白质类缓凝剂选自骨胶蛋白质缓凝剂和降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂。
在本发明实施例中，所使用的脱硫石膏熟料是由电厂烟气脱硫产生的固体废弃物脱硫石膏制成；沸石产自国投盛世有限公司；玻璃纤维购买自河北京杭矿产品有限公司。改性淀粉购买自济南元通化工有限公司；降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂，购买自上海钦和化工有限公司。骨胶蛋白质缓凝剂购自临沂黑马石膏建材有限公司。
实施例1
本实施例制得的纸面石膏板，其原料脱硫石膏熟料中水溶性镁离子含量为0.19wt.％。
制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、预处理沸石，将其活化，其方法如下：沸石用马沸炉300℃焙烧%202小时，除去有机物，冷却至室温；沸石用去离子水淋洗10次，所用去离子水体积不小于沸石体积的10倍，45℃真空干燥烘干至恒重。
步骤二、称量脱硫石膏熟料100重量份，经过预处理的沸石1.05重量份，中碱玻璃纤维(玻璃纤维长度为9mm，纤维单丝直径为10μm)0.06重量份，机械搅拌，混合均匀，制得混合料。
步骤三、称量水60重量份、降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂0.8重量份、改性木薯淀粉0.3重量份，混合均匀制得混合液。
步骤四、在上述制得的混合液中加入上述制得的混合料，制成石膏料浆。
步骤五、将搅拌均匀的石膏料浆在离心力作用下甩入成型台上的所述下护面纸上，料浆在凝固皮带牵引力的带动下经成型刀挤压，使下护面纸沿其辊出痕迹处折成直角后，下护面纸与料浆一起在成型板的挤压下与所述上护面纸搭接，并粘牢形成湿板，随后湿板在凝固皮带的牵引下被引出，完成成型。
步骤六、湿板在传送皮带上凝固，切断后，进入干燥机，经过三个干燥阶段。第一干燥阶段的干燥时间为0.5h，干燥温度为180℃；第二干燥阶段的干燥时间为1h，干燥温度为110℃；第三干燥阶段的干燥时间为32h，干燥温度为45℃。
步骤七：干燥后的板材合片、锯边、封边、包装，形成纸面石膏板。
实施例2
本实施例制得的纸面石膏板，其原料脱硫石膏熟料中水溶性镁离子含量为0.86wt.％。
制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、预处理沸石，将其活化，其方法如下：沸石用马沸炉300℃焙烧%202小时，除去有机物，冷却至室温；沸石用去离子水淋洗10次，所用去离子水体积不小于沸石体积的10倍，45℃真空干燥烘干至恒重。
步骤二、称量脱硫石膏熟料100重量份，经过预处理的沸石4.10重量份、无碱玻璃纤维(玻璃纤维长度为15mm，纤维单丝直径为15μm)0.18重量份，机械搅拌，混合均匀，制得混合料。
步骤三、称量水65重量份、骨胶蛋白质缓凝剂0.5重量份、改性木薯淀粉0.5重量份，混合均匀制得混合液。
步骤四至步骤七与实施例1相同。
实施例3
本实施例制得的纸面石膏板，其原料脱硫石膏熟料中水溶性镁离子含量1.56wt.％。
制备纸面石膏板，具体步骤如下：
步骤一、预处理沸石，将其活化，其方法如下：沸石用马沸炉300℃焙烧%202小时，除去有机物，冷却至室温；沸石用去离子水淋洗10次，所用去离子水体积不小于沸石体积的10倍，45℃真空干燥烘干至恒重。
步骤二、称量脱硫石膏熟料100重量份，经过预处理的沸石6.7重量份、抗碱玻璃纤维(玻璃纤维长度为12mm，纤维单丝直径为12μm)0.1重量份，机械搅拌，混合均匀，制得混合料。
步骤三、称量水72重量份、骨胶蛋白质缓凝剂0.26重量份、改性木薯淀粉0.9重量份，混合均匀，制得混合液。
步骤四至步骤七与实施例1相同。
对比例1
对比例1与实施例1的纸面石膏板，区别仅在于对比例1不添加沸石，其余组分与实施例1相同，制作纸面石膏板步骤也与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例2的纸面石膏板，区别在于对比例2添加未经改性处理的沸石，其余组分与实施例2相同，制作纸面石膏板步骤也与实施例2相同。
对比例3
对比例3与实施例3的纸面石膏板，区别仅在于对比例3不添加沸石，而添加与沸石同样重量份的粉煤灰，其余组分与实施例3相同，制作纸面石膏板步骤也与实施例3相同。
对比例4
对比例4与实施例3的纸面石膏板，区别仅在于对比例4不添加沸石，而添加与沸石同样重量份的硅藻土，其余组分与实施例3相同，制作纸面石膏板步骤也与实施例3相同。
对比例5
市售普通纸面石膏板。
测试例1
参照中国国家标准GB/T9775-2008《纸面石膏板》对实施例，对比例的纸面石膏板进行测试，检测纸面石膏板的物理力学性能，结果见表1。
表1纸面石膏板性能测试结果
从表1可以看出，本申请实施例制备的纸面石膏板，在性能上能够满足建材行业标准要求的物理力学性能。对比例1，2，3，4的实验原料、配比和制备步骤分别与实施例1，2，3相同，性能上与实施例1，2，3相近，说明沸石的添加不会让纸面石膏板力学性能下降。
测试例2
粘结性能共分5级，A级：纸板粘结牢固，掀起后不分离；B级：小部分分离，大部分完好；C级：一半粘牢，一半分离；D级：大部分分离，仅小部分粘牢；E级：纸板全部分离。
参照中国国家标准GB/T9775-2008《纸面石膏板》对实施例，对比例的纸面石膏板进行测试，检测纸面石膏板的干粘结性能。
湿热粘结性能测试方法如下：将制得的纸面石膏板在100℃的水浴锅中，进行热蒸汽养护12分钟，采用划等边三角形的方法测试纸面石膏板的粘结性能，在1分钟内测试完毕。
高湿环境测试：将制得的石膏板在高湿条件(温度为(23±2)℃，相对湿度为90±3)下进行养护，达到规定龄期1周后，采用划等边三角形的方法测试纸面石膏板的粘结性能。
表2纸面石膏板粘结性能测试结果
本申请中的性能指标检测依据国家及行业标准。表2可以看出，本申请实施例1，2，3制备的纸面石膏板在湿热、高湿的环境条件下粘结效果均好于对比例1，2，3，4，5。
测试例3
参照中国国家标准GB/T9775-2008《纸面石膏板》对实施例，对比例的纸面石膏板进行测试，检测纸面石膏板的受潮挠度。国标中对纸面石膏板的测试方法做了规范，但对受潮挠度的合格范围没有明确标准数量值。
表3纸面石膏板受潮挠度测试结果
从测试例3的结论中可以看出本申请的实施例1，2，3，采用高镁离子的脱硫石膏制备纸面石膏板，掺加改性沸石的板材受潮挠度明显低于对比例1，对比例2，表明掺加沸石有助于降低石膏板挠度，掺加改性沸石效果更佳。与对比例3，对比例4相比，沸石对板材挠度的降低作用较粉煤灰及硅藻土更佳突出。本申请的技术措施制备的纸面石膏板相较与市售普通纸面石膏板在受潮挠度方面具有明显改善作用。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
