石膏是硫酸鹽礦物質(zhì)，其化學(xué)分子式為 CaSO4·2H2O，在自然界中呈亞穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下能進(jìn)行可逆反應(yīng)。在不同條件下煅燒獲得的產(chǎn)物具有不同的特征。一般工業(yè)生產(chǎn)中常見的石膏脫水轉(zhuǎn)化溫度見圖 1。

圖 1 石膏脫水工藝流程

     生產(chǎn)中應(yīng)注意的是，當(dāng)溫度提高、脫水速度加快時(shí)，在石膏這個(gè)不良的熱導(dǎo)體中，常造成溫度表里不一，很容易形成多相混合物。因此，在熟石膏制備過程中，不能忽視物相組成分析，只有采取合理的煅燒制度和工藝措施，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在一定條件下，通過煅燒天然石膏或化學(xué)石膏得到的 β— 半水石膏是制作紙面石膏板、纖維石膏板、石膏砌塊和石膏裝飾天花板的主要原料[1]。其石膏煅燒中的化學(xué)反應(yīng)式為：

CaSO·4   2H2O=CaSO·4   1/2H2O+3/2H2O- Q

Q=580.2 kJ/kg

石膏煅燒脫水一般要經(jīng)過預(yù)熱階段（25~95 ℃）、恒速脫水階段（107~130 ℃）和快速脫水階段（130~170 ℃）。原料石膏粉從物料升溫、較長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定脫水和最后的快速脫水到達(dá)需要的脫水相，所需時(shí)間因煅燒設(shè)備而異?；剞D(zhuǎn)窯、間歇式炒鍋和沸騰爐的煅燒時(shí)間與溫度的關(guān)系曲線見圖 2、圖 3、圖 4。

 圖 4 沸騰爐的煅燒時(shí)間—溫度曲線

1 國內(nèi)石膏煅燒設(shè)備的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)石膏的煅燒有很多種方式。按照原料的粒度可以分為粉狀煅燒和塊狀煅燒。粉磨后的石膏粉煅燒為粉狀煅燒，煅燒后再粉磨為塊狀煅燒。按照煅燒介質(zhì)與物料的接觸可以分為直接加熱煅燒和間接加熱煅燒。按照石膏與加熱介質(zhì)的走向可以分為順流煅燒和逆流煅燒以及錯(cuò)流煅燒，石膏與加熱介質(zhì)流向一致為順流煅燒，相反為逆流煅燒，相互垂直為錯(cuò)流煅燒 [3]。國內(nèi)用于石膏煅燒的設(shè)備主要有流態(tài)化煅燒爐、炒鍋、回轉(zhuǎn)窯、彼得磨、高溫氣流煅燒機(jī)等。國內(nèi)幾種煅燒工藝設(shè)備的能耗情況對(duì)比見表 1。

常用的幾種煅燒設(shè)備介紹如下。

1.1 流態(tài)化煅燒爐

生產(chǎn)中流態(tài)化煅燒爐是利用流態(tài)化技術(shù)原理進(jìn)行工作， 氣流與物料直接接觸，具有換熱效率較高，設(shè)備比較緊湊，占地面積較小，初投資較小等諸多優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是設(shè)備本身對(duì)進(jìn)料的狀態(tài)、粒級(jí)分布和水分要求比較嚴(yán)格，控制不當(dāng)，容易造成騰涌、溝流、結(jié)塊等流態(tài)化惡化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)板結(jié)、死床，影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

1.1 炒鍋

炒鍋以高溫?zé)煔鉃闊嵩?，煙氣與物料間接換熱。煅燒石膏物料溫度比較容易控制，具有煅燒產(chǎn)品比較均勻的特點(diǎn)。它要求石膏原料的細(xì)度必須達(dá)到最終產(chǎn)品的細(xì)度。必須保證石膏粉料在達(dá)到一次沸騰時(shí)保持流態(tài)化，否則炒鍋內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)脫水速度不均一的情況。影響炒鍋傳熱效率的因素有：炒鍋有效換熱面積、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌翅的攪拌方式以及原料的粒度和結(jié)構(gòu)等。國內(nèi)大都使用傳統(tǒng)式的炒鍋，構(gòu)造簡(jiǎn)單，熱效率較低， 設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，而且工作環(huán)境較差?，F(xiàn)在炒鍋朝著大型化、連續(xù)出料、節(jié)能型方向發(fā)展。

1.2 回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯以高溫?zé)煔鉃闊嵩?，煙氣和物料可以直接接觸也可間接接觸。據(jù)原料硬度的不同，采用先磨后燒或先燒后磨的工藝?；剞D(zhuǎn)窯能適應(yīng)原料粒度的變化，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可靠性高。但回轉(zhuǎn)窯占地面積較大、初投資較大、物料的溫度不容易控制，煅燒的產(chǎn)品質(zhì)量不容易控制，能耗也高。

1.3 彼得磨

彼得磨的最大優(yōu)點(diǎn)是將粉磨煅燒一體化，煙氣與物料直接接觸，換熱強(qiáng)度較高，設(shè)備比較簡(jiǎn)潔緊湊，占地面積較小。但缺點(diǎn)是，對(duì)原料品質(zhì)要求較嚴(yán)，特別對(duì)原料的雜質(zhì)含量和原料的品位波動(dòng)要求較嚴(yán)。原料中 SiO2、天然 CaSO4、Ca2CO3 等耐磨和重質(zhì)的成分含量必須控制在 3%以內(nèi)，否則將顯著影響粉磨的煅燒粉磨和分選效率，煅燒后產(chǎn)品的品質(zhì)波動(dòng)較大。

1.4 高溫氣流煅燒機(jī)

高溫氣流煅燒機(jī)常用于粉狀石膏的煅燒，具有設(shè)備緊湊、占地面積較小、初投資較小等特點(diǎn)。高溫氣體與物料直接接觸瞬間換熱，換熱效率較高。但物料在設(shè)備中停留時(shí)間較短，系統(tǒng)的熱惰性較差，容易導(dǎo)致煅燒產(chǎn)品的性能波動(dòng)較大，同時(shí)也存在排氣熱損失較大的缺點(diǎn)，煅燒過程中物料易粘壁、堵塞， 影響系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行。

2蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)是大型設(shè)備，質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由進(jìn)料、密封、主體、支承、傳動(dòng)、出料、蒸汽及冷凝水系統(tǒng)等13 部分組成。該機(jī)與常規(guī)回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的差別在于筒內(nèi)安置了加熱管，貫穿于整個(gè)干燥機(jī)，加熱管以同心圓方式排成 1～4 圈，干燥所需熱量絕大部分由加熱管提供，物料在干燥器內(nèi)受到加熱管的升舉和攪拌作用，傾斜度從干燥器的較高一端向較低一端移動(dòng)，并從設(shè)在較低端的排料口排出，汽化出的水分被載濕氣體帶出干燥機(jī)。蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)組的組成如圖 5 所示。

1—混合進(jìn)料機(jī)；2—進(jìn)料密封；3—機(jī)體；4—托輪；5—傳動(dòng)；6—集中潤(rùn)滑；7—擋托輪，8—不凝汽體排放；9—出料旋轉(zhuǎn)閥；10—汽軸；11—出料密封；12—汽室；13—機(jī)體保溫

     國外采用蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)煅燒石膏已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，煅燒產(chǎn)品具有活性較好、制品強(qiáng)度高的特點(diǎn)。而且用蒸汽或?qū)嵊妥鳛闊嵩矗瑴囟热菀卓刂?，煅燒產(chǎn)品的品質(zhì)容易得到保證。該工藝中，因煅燒石膏的主要熱量由加熱管內(nèi)的蒸汽或者導(dǎo)熱油提供，相對(duì)于空氣或者煙氣直接與物料接觸換熱的設(shè)備而言，系統(tǒng)的排氣熱損失大大降低.

石膏煅燒工序流程

3 蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)在石膏煅燒中使用

   粉磨車間的粉狀天然石膏與來自堆場(chǎng)的脫硫石膏混合以后，進(jìn)入蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)被加熱管加熱煅燒，煅燒合格的半水石膏，由出料旋轉(zhuǎn)閥排出，然后，由輸送設(shè)備輸送至冷卻系統(tǒng)。夾帶著少量粉塵的廢氣，由布袋除塵器凈化后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)壓縮排空。來自蒸汽總管的飽和水蒸氣進(jìn)入蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)的換熱管內(nèi)，與物料換熱后凝結(jié)成水，靠蒸汽的自身壓力排出蒸尾汽回轉(zhuǎn)至石膏煅燒機(jī)，然后輸送至冷凝水回水總管。

    舉例***煅燒生產(chǎn)線于2018 年上半年投入生產(chǎn)運(yùn)行，在生產(chǎn)實(shí)踐中表現(xiàn)出了諸多的優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可靠性高、能耗低、操作簡(jiǎn)單方便、產(chǎn)品的質(zhì)量均勻穩(wěn)定等。生產(chǎn)實(shí)踐中的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如下：

       1-產(chǎn)品的名稱及規(guī)格：半水石膏粉料，產(chǎn)品細(xì)度不大于0.2  mm（約 80 目），堆積密度：880~950 kg/m3，終水分（全部為結(jié)晶水）：含濕量小于 6.2%，產(chǎn)量：43 000 kg/h。

2-原料名稱及規(guī)格：濕脫硫石膏堆積密度 1100 kg/m3，粒度分布不大于 0.2 mm，最大含濕量（表面水）為12%，濕天然石膏堆積密度為 960~1280 kg/m3，粒度分布不大于 0.2 mm，最大含濕量（表面水）為 6%。

3  -  運(yùn)行參數(shù)：煅燒機(jī)進(jìn)料溫度 15 ℃，排料溫度 160 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度 105 ℃，排風(fēng)溫度 160 ℃，冷卻機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度 20 ℃，排風(fēng)溫度 110 ℃，排料溫度 80 ℃，蒸汽壓力 1.8 MPa。 

  4  -  煅燒后熟石膏粉的性能指標(biāo)和相成分組成見表 2 。

從表 2 看出，煅燒后的熟石膏粉完全滿足紙面石膏板生產(chǎn)線對(duì)所用石膏粉原料的要求，同時(shí)完全滿足 GB 9776—88的要求。

4-總結(jié)

蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)以蒸汽作為熱源煅燒天然石膏和脫硫石膏的混合物，熟石膏產(chǎn)量可高達(dá) 43 t/h，適合大處理量工業(yè)化生產(chǎn)。

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可連續(xù)生產(chǎn)能力比較強(qiáng)。煅燒系統(tǒng)的能耗較低，煅燒 1 t 石膏需要 0.3 t 蒸汽。蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)容易實(shí)現(xiàn)石膏煅燒的控制，調(diào)節(jié)蒸汽溫度和壓力就能實(shí)現(xiàn)不同品位石膏煅燒的需要。

蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)實(shí)現(xiàn)了天然石膏和脫硫石膏按照一定的比例關(guān)系煅燒出合格的石膏粉。

以蒸汽作為熱源的蒸汽回轉(zhuǎn)石膏煅燒機(jī)取得了成功，可以將研究擴(kuò)大到以導(dǎo)熱油作為熱源用蒸汽回轉(zhuǎn)煅燒機(jī)煅燒石膏上。

今后的研究重點(diǎn)應(yīng)放在用于脫硫石膏的煅燒上，關(guān)鍵是解決脫硫石膏的粘壁和粘換熱管的問題。本系統(tǒng)為贛林干燥自主研發(fā)的開路系統(tǒng)，為進(jìn)一步降低煅燒石膏的能耗，贛林研發(fā)團(tuán)隊(duì)將向半開路系統(tǒng)或者閉路系統(tǒng)用于石膏的煅燒邁進(jìn)。