本發(fā)明涉及一種發(fā)泡制品及生產(chǎn)裝置和方法，尤其涉及一種硫酸鎂發(fā)泡制品及生產(chǎn)裝置和方法，特別涉及一種氧化鎂法煙氣脫硫過程同步生產(chǎn)硫酸鎂發(fā)泡磚的裝置及方法。本發(fā)明的裝置及其方法屬于綠色、節(jié)能、環(huán)保型發(fā)泡制品生產(chǎn)裝置與工藝，尤其適用于燃煤鍋爐、燒結(jié)機、球團(tuán)、回轉(zhuǎn)窯等需要煙氣脫硫的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般的硫酸鎂水泥不是如波特蘭水泥之類的水硬性水泥，浸泡在水中時會變壞。一般特殊水泥，如硫氧鎂水泥或氯氧鎂水泥或索瑞爾(Sorel)水泥生產(chǎn)過程中，硫酸鎂通常作為輔料使用。例如，專利文獻(xiàn)CN1156701A公開了硫酸鎂可以作為水泥的膨脹劑，其摻入量為水泥重量的0.3～4.0％。以往的專業(yè)知識、文獻(xiàn)認(rèn)為在水泥配方中，硫酸鎂的用量不宜過高，否則會影響水泥的綜合性能并且會增加生產(chǎn)成本。如專利文獻(xiàn)CN 102701616A公開了一種高強鎂質(zhì)粉煤灰無熟料水泥，包括：粉煤灰100份；輕燒氧化鎂30～40份；七水硫酸鎂10～15份；硫酸鈣、硫酸亞鐵或硫酸鋁2～4份；磷酸或磷酸0.5～1.0份；水50～100份。該專利文獻(xiàn)利用粉煤灰作為生產(chǎn)原料重新投入使用，減少了環(huán)境污染，但硫酸鎂的用量遠(yuǎn)小于氧化鎂，且所得水泥的抗壓強度有待于進(jìn)一步提高。專利文獻(xiàn)CN102924038A公開了一種改性硫氧鎂水泥，包括氧化鎂100份、外加劑0.05～10份、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～30％硫酸鎂水溶液50～200份和填料0～300份；所得水泥具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐水性能，抗壓強度仍然有待于進(jìn)一步提高，并且密 度較大。專利文獻(xiàn)CN 103396022A公開了一種鎂水泥組合粉料及其制備工藝，其中包括100份氧化鎂和35～75份氯化鎂；或者，100份氧化鎂和35～80份硫酸鎂。該專利文獻(xiàn)將鎂水泥的主要成分配置成半成品粉料，加水即可使用；但要嚴(yán)格控制硫酸鎂的用量。
在上述專利文獻(xiàn)中的硫酸鎂水泥的綜合物理性能還不理想，例如不能同時具有發(fā)泡后輕質(zhì)且強度高的性能。
另外，公開號為CN103265263A的中國專利申請公開了一種硫氧鎂水泥的制備方法，主要采用廢硫酸、氧化鎂、粉煤灰、磷酸或磷酸二氫鹽按照一定的配比，投入攪拌機中攪拌均勻后制得硫氧鎂水泥。該水泥包括：氧化鎂100份，填料0～300份，外加劑0.05～10份，工業(yè)廢硫酸10～200份，水0～100份。該方法通過廢硫酸與氧化鎂反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鎂，在反應(yīng)過程中受環(huán)境溫度、反應(yīng)時間、結(jié)晶質(zhì)量等影響，所形成的硫酸鎂質(zhì)量、數(shù)量存在不確定性，從而最終影響水泥的質(zhì)量。廢硫酸運輸具有一定的危險性，整個生產(chǎn)過程對周圍環(huán)境造成一定的影響，需要采取較嚴(yán)格的保護(hù)措施，因此，其生產(chǎn)成本比較高，經(jīng)濟(jì)性較差，限制了其推廣應(yīng)用。
在上述背景技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的發(fā)明人檢索了大量國內(nèi)資料，均無基于硫酸鎂水泥的發(fā)泡工藝，而與硫酸鎂具有一定相似性的材料，如氯氧鎂水泥的發(fā)泡技術(shù)，在美國專利申請US 4,041,929中公開了生產(chǎn)發(fā)泡氯氧鎂水泥的技術(shù)。該方法使用了發(fā)泡劑"Norgan Expander"，它實際上是一種Mg的金屬正乳酸(鹽)，其在鎂氧發(fā)泡磚生產(chǎn)期間現(xiàn)場反應(yīng)形成一種危險的氣體(氫)，該氣體使混合物發(fā)泡。US 4,992,481則公開了將聚羧酸及其鹽(col.6；lines 15.16)，和許多其它有機聚合物材料用在鎂氧發(fā)泡磚生產(chǎn)中，但沒有公開這些材料的哪一種導(dǎo)致發(fā)泡。歐洲專利申請EP 454660公開了保護(hù)一種Sorel發(fā)泡磚，它具有改進(jìn)的耐水性，其以MgO、MgCl2和無機填料的混合物為 基礎(chǔ)，它含有水溶性的、聚合的或縮聚的合成樹脂，該樹脂包括水溶性聚羧酸，該專利申請也未提到在鎂氧發(fā)泡磚生產(chǎn)期間使鎂氧發(fā)泡磚進(jìn)行任何起泡或發(fā)泡。德國專利申請DE 3832-287公開了將檸檬酸和草酸用于改善鎂氧發(fā)泡磚的耐水性，但這篇文獻(xiàn)并未提到這些試劑也使鎂氧發(fā)泡磚發(fā)泡的可能性。事實上，如本專利申請實驗所證明的那樣，這些試劑基本不導(dǎo)致水泥發(fā)泡。
從以上討論中清楚地看到，站在經(jīng)濟(jì)性，操作簡易性和形成由發(fā)泡硫酸鎂產(chǎn)品制成的各種密度的產(chǎn)物的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性的觀點上看，上述已知資料均無法提供相關(guān)參考。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種發(fā)泡制品及生產(chǎn)裝置和方法，以達(dá)到提供一種物化性能和經(jīng)濟(jì)性能較好的發(fā)泡制品及其生產(chǎn)裝置和方法的目的。本發(fā)明特別適用于燃煤鍋爐、燒結(jié)機、球團(tuán)、回轉(zhuǎn)窯等需要煙氣脫硫的領(lǐng)域，可以在完成煙氣脫硫的同時生產(chǎn)所述發(fā)泡制品。
本發(fā)明提供的發(fā)泡制品的生產(chǎn)裝置包括如下設(shè)備：
煙氣脫硫設(shè)備，用于采用氧化鎂法脫除煙氣中的二氧化硫，并形成煙氣脫硫漿液，所述的煙氣脫硫漿液中含有硫酸鎂；
漿液儲存設(shè)備，用于儲存來自煙氣脫硫設(shè)備的煙氣脫硫漿液，并將煙氣脫硫漿液輸送至反應(yīng)設(shè)備；
反應(yīng)設(shè)備，用于接收來自漿液儲存設(shè)備的煙氣脫硫漿液，并通過向該煙氣脫硫漿液中添加硫酸和氧化鎂以提高該煙氣脫硫漿液的硫酸鎂濃度，從而形成晶漿，所述晶漿中含有硫酸鎂晶體；
氧化鎂供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用氧化鎂；
硫酸供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用硫酸；
廢灰供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用廢灰；
渣料供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用渣料；
發(fā)泡組分供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡組分；
其他添加劑供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用其他添加劑，所述的其他添加劑不包含廢灰、渣料和發(fā)泡組分；
混合加工設(shè)備，用于將來自反應(yīng)設(shè)備的晶漿、來自氧化鎂供給設(shè)備的氧化鎂，來自廢灰供給設(shè)備的廢灰、來自渣料供給設(shè)備的發(fā)泡制品用渣料、來自添加劑供給設(shè)備的發(fā)泡制品用其他添加劑和來自發(fā)泡組分供給設(shè)備的發(fā)泡組分混合加工，以形成發(fā)泡制品；
其中，所述漿液儲存設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、氧化鎂供給設(shè)備、硫酸供給設(shè)備、廢灰供給設(shè)備、渣料供給設(shè)備、其他添加劑供給設(shè)備、發(fā)泡組分供給設(shè)備和混合加工設(shè)備均位于所述煙氣脫硫設(shè)備的外部。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述的煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)的上部設(shè)有吸收噴淋區(qū)，用于采用氧化鎂法脫除煙氣中的二氧化硫，并形成煙氣脫硫漿液。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述裝置還包括渣料研磨設(shè)備，用于將發(fā)泡制品用渣料研磨為粉末，并輸送至渣料供給設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述的發(fā)泡制品的生產(chǎn)裝置為生產(chǎn)發(fā)泡磚的裝置。
本發(fā)明還提供了利用上述裝置生產(chǎn)發(fā)泡制品的方法，包括如下步驟：
1)煙氣脫硫步驟：在煙氣脫硫設(shè)備中采用氧化鎂法脫除煙氣中的二氧化硫，并形成煙氣脫硫漿液，所述的煙氣脫硫漿液中含有硫酸鎂；
2)漿液排出步驟：將煙氣脫硫設(shè)備的煙氣脫硫漿液排出至漿液儲存設(shè)備；
3)反應(yīng)步驟：在反應(yīng)設(shè)備中接收來自漿液儲存設(shè)備的煙氣脫硫漿液，并向該煙氣脫硫漿液中添加硫酸和氧化鎂以提高該煙氣脫硫漿液的硫酸鎂濃度，從而形成晶漿，所述晶漿中含有硫酸鎂晶體；
4)混合加工步驟：在混合加工設(shè)備中將來自反應(yīng)設(shè)備的晶漿、來自氧化鎂供給設(shè)備的氧化鎂，來自廢灰供給設(shè)備的廢灰、來自渣料供給設(shè)備的發(fā)泡制品用渣料、來自其他添加劑供給設(shè)備的發(fā)泡制品用其他添加劑和來自發(fā)泡組分供給設(shè)備的發(fā)泡組分混合加工，以形成發(fā)泡制品。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟3)中，所述晶漿中硫酸鎂與氧化鎂的重量比在0.8～1.2:1。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，步驟4)中，
所述渣料選自爐渣、礦渣、鋼渣、鐵渣的一種或多種；
所述廢灰選自粉煤灰、石膏粉、白云石粉、頁巖粉中的一種或多種；
所述其他添加劑包括選自以下添加劑的一種或多種：硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硅橡膠、聚酯纖維、玻璃纖維、磷酸、磷酸二氫鹽、磷酸一氫鹽、酒石酸、酒石酸鹽和氨基三亞甲基膦酸、聚丙烯、聚丙烯腈、木質(zhì)素、羥丙基甲基纖維素或硅氧烷；
所述發(fā)泡組分包括有機發(fā)泡劑或無機發(fā)泡劑；所述的有機發(fā)泡劑選自有機羧酸、有機羧酸的酸酐或單羧酸鹽的一種或多種；所述的無機發(fā)泡劑選自碳酸氫鈉或碳酸銨。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述發(fā)泡組分還包括引氣劑，所述的引氣劑選自皂化的松香樹脂、文沙爾樹脂、皂化的吐爾油、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、石油羥的磺化鹽中的一種或多種。
本發(fā)明提供的發(fā)泡制品由發(fā)泡原料制備得到。所述的發(fā)泡原料包 括20～40重量份的煙氣脫硫漿液，20～30重量份的氧化鎂，6～10重量份的硫酸，15～30重量份的渣料，20～40重量份的廢灰，5～20重量份的其他添加劑；
所述的發(fā)泡原料還包括發(fā)泡組分，所述發(fā)泡組分包括發(fā)泡劑和引氣劑，發(fā)泡劑用量為氧化鎂用量的3wt％～10wt％，引氣劑用量為氧化鎂用量的3wt％～10wt％。
根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)泡制品，優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑為硬脂酸、正十二酸或聚丙烯酸；所述的引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。
本發(fā)明提供的發(fā)泡制品的物化性能和經(jīng)濟(jì)性能較好，利用所述裝置及方法能夠?qū)⒀趸V法煙氣脫硫工藝與硫酸鎂發(fā)泡磚生產(chǎn)工藝完美結(jié)合，使得二者同步進(jìn)行而生產(chǎn)所述發(fā)泡制品。本發(fā)明的裝置及方法取消了傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)過程中的均化、燒成、預(yù)熱分解環(huán)節(jié)，解決了氧化鎂法脫硫產(chǎn)生的廢液處理問題，解決了企業(yè)采用鈣法脫硫后脫硫石膏量太大無法消化處理的問題，取消了板框壓濾機除渣的過程，漿液直接用于發(fā)泡制品的生產(chǎn)，解決了脫硫工程固體廢棄物難處理的問題。本發(fā)明的裝置及方法在保證解決企業(yè)煙氣正常脫硫條件下，使工業(yè)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)產(chǎn)生的渣、灰等廢棄物都得到循環(huán)再利用，是一種既節(jié)省了發(fā)泡制品生產(chǎn)線投資又大大降低了脫硫運行成本、既保障企業(yè)煙氣脫硫設(shè)施高效率運行又使各類廢棄物得以循環(huán)再利用的綠色、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。本發(fā)明制得的發(fā)泡制品具有高質(zhì)量、低密度的特點，物理性能優(yōu)良，成本低，是優(yōu)異的輕骨料產(chǎn)品。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種煙氣脫硫生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置的示意圖。
附圖標(biāo)記說明如下：1為煙氣脫硫設(shè)備、2為吸收噴淋區(qū)、3為排出泵、4漿液儲存設(shè)備、5為反應(yīng)設(shè)備、6為氧化鎂供給設(shè)備、7為硫 酸供給設(shè)備、8為混合加工設(shè)備、9為渣料供給設(shè)備、10為廢灰供給設(shè)備、11為其他添加劑供給設(shè)備、12為發(fā)泡組分供給設(shè)備、13為干燥設(shè)備、14為包裝設(shè)備。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
在本發(fā)明中，所述的氧化鎂法煙氣脫硫是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一種濕法脫硫工藝，這里不再贅述其工藝原理。本發(fā)明的氧化鎂法煙氣脫硫如同本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的那樣，以氧化鎂為脫硫劑的主要成份。但是本發(fā)明的脫硫劑并不限制添加其它成份(例如氧化鈣、生石灰等)。
本發(fā)明所述的“發(fā)泡制品”包括經(jīng)所述混合加工設(shè)備制得的各種材料、半成品和成品，例如可以為水泥、發(fā)泡磚、輕質(zhì)墻體材料、保溫阻燃材料、多孔吸附材料。
相應(yīng)的，所述“混合加工設(shè)備”的具體設(shè)置可以根據(jù)所要獲得的“發(fā)泡制品”的類型而設(shè)置，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。“混合加工”意指對各種來料的處理，可以只是混合，也可以包括加工成型。
<煙氣脫硫發(fā)泡制品的生產(chǎn)裝置>
本發(fā)明提供的煙氣脫硫發(fā)泡制品的生產(chǎn)裝置能夠同時完成氧化鎂法煙氣脫硫工藝和硫酸鎂發(fā)泡制品生產(chǎn)工藝，制得的發(fā)泡制品造價低，物化性能優(yōu)良。所述裝置包括：煙氣脫硫設(shè)備、漿液儲存設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、氧化鎂供給設(shè)備、硫酸供給設(shè)備、廢灰供給設(shè)備、渣料供給設(shè)備、發(fā)泡組分供給設(shè)備、其他添加劑供給設(shè)備和混合加工設(shè)備。其中，所述漿液儲存設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、氧化鎂供給設(shè)備、硫酸供給設(shè) 備、廢灰供給設(shè)備、渣料供給設(shè)備、發(fā)泡組分供給設(shè)備、其他添加劑供給設(shè)備和混合加工設(shè)備均位于所述煙氣脫硫設(shè)備的外部。任選地，所述裝置還包括干燥設(shè)備和/或包裝設(shè)備。
本發(fā)明所述裝置的煙氣脫硫設(shè)備包括吸收噴淋區(qū)，用于采用氧化鎂法吸收煙氣中的二氧化硫，形成含硫酸鎂的吸收漿液(即煙氣脫硫漿液)。該吸收漿液中也含有部分亞硫酸鎂，為了表述方便，文中稱為含硫酸鎂的吸收漿液，但不表示只含有硫酸鎂，對其它包含物并未予以排除。本發(fā)明所述的氧化鎂法吸收是采用氫氧化鎂漿液吸收煙氣中的二氧化硫。吸收噴淋區(qū)所使用的制劑可以使用本領(lǐng)域常用的氧化鎂法脫除煙氣所使用的那些脫硫劑漿液。優(yōu)選地，本發(fā)明的脫硫劑可以使用CN102745726 A、CN102745725A、CN102836636A中所公開的那些脫硫劑。例如，CN102745726 A的實施例1或2公開的那些脫硫劑。在此，將上述專利申請的全部內(nèi)容引入本文作為參考。將這些脫硫劑均勻分散在水中即得到含氫氧化鎂的脫硫劑漿液。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在本發(fā)明的煙氣脫硫設(shè)備的吸收區(qū)中，使煙氣在上升過程中與氫氧化鎂漿液逆流接觸，煙氣中的二氧化硫與氫氧化鎂漿液發(fā)生中和反應(yīng)，形成含硫酸鎂的吸收漿液。在該實施方式中，經(jīng)氧化鎂吸收所形成的含硫酸鎂的吸收漿液落入煙氣脫硫設(shè)備中的漿液循環(huán)區(qū)內(nèi)。優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的吸收區(qū)設(shè)置多級吸收噴淋層，更好地吸收二氧化硫。在本發(fā)明所述的吸收噴淋層中，優(yōu)選通過漿液霧化噴淋部件向下噴射出霧化的氫氧化鎂漿液。本發(fā)明所采用的霧化噴淋部件沒有特別的限制，可使用本領(lǐng)域熟知的那些。作為優(yōu)選，本發(fā)明的霧化噴淋部件為耐腐蝕霧化噴淋部件，更優(yōu)選為耐酸耐堿腐蝕霧化噴淋部件。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述霧化噴淋部件優(yōu)選包括不銹鋼噴嘴。
本發(fā)明的煙氣脫硫設(shè)備還包括漿液循環(huán)區(qū)，用于接納來自吸收區(qū) 的含硫酸鎂的吸收漿液(即煙氣脫硫漿液)，并將所述吸收漿液一部分輸送至吸收區(qū)，另一部分輸送至反應(yīng)設(shè)備。本發(fā)明所述的漿液循環(huán)區(qū)優(yōu)選設(shè)置在煙氣脫硫設(shè)備的底部。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述漿液循環(huán)區(qū)經(jīng)循環(huán)泵與吸收區(qū)相通，用于將氫氧化鎂漿液或吸收漿液輸送至吸收區(qū)進(jìn)行氧化鎂法吸收，同時，所述漿液循環(huán)區(qū)經(jīng)排出泵與反應(yīng)設(shè)備相通，用于將含硫酸鎂的吸收漿液輸送至反應(yīng)設(shè)備。優(yōu)選地，所述漿液循環(huán)區(qū)通過循環(huán)泵經(jīng)漿液輸送管路與吸收噴淋區(qū)的吸收噴淋層相通。
本發(fā)明所述的裝置的漿液儲存設(shè)備，用于接收來自煙氣脫硫設(shè)備的含有硫酸鎂的吸收漿液(即煙氣脫硫漿液)。所述漿液儲存設(shè)備可以通過排出泵和管線連通所述煙氣脫硫設(shè)備的漿液循環(huán)區(qū)，硫酸鎂含量達(dá)到一定范圍時，通過排出泵將煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)的漿液排出至漿液儲存設(shè)備。所述漿液儲存設(shè)備可以為槽狀結(jié)構(gòu)，也可以為其它各種造型的容器。
本發(fā)明所述裝置的反應(yīng)設(shè)備連通所述漿液儲存設(shè)備，用于增大來自漿液存儲設(shè)備的煙氣脫硫漿液的硫酸鎂濃度。通過在漿液中加入硫酸和氧化鎂使之反應(yīng)形成硫酸鎂，提高硫酸鎂漿液的濃度。硫酸和氧化鎂的供給可以分別通過與反應(yīng)設(shè)備連通的硫酸供給設(shè)備和氧化鎂供給設(shè)備而完成。
本發(fā)明所述的氧化鎂供給設(shè)備向反應(yīng)設(shè)備中供給發(fā)泡制品用氧化鎂。所述氧化鎂供給設(shè)備內(nèi)的氧化鎂可以以氧化鎂固體粉末的形式存儲和供給，也可以以氫氧化鎂漿液的形式存儲和供給。本發(fā)明中氧化鎂的加入量沒有特別的限制，可根據(jù)硫酸加入量以及硫酸鎂的濃度進(jìn)行具體調(diào)整。本發(fā)明所述的氧化鎂供給設(shè)備優(yōu)選由耐酸耐堿腐蝕的材料制成，其形狀和結(jié)構(gòu)沒有特別的限制，可采用本領(lǐng)域熟知的設(shè)計。
本發(fā)明所述的硫酸供給設(shè)備向反應(yīng)設(shè)備中供給發(fā)泡制品用硫酸。 所述硫酸供給設(shè)備內(nèi)的硫酸可以是生產(chǎn)廢酸，也可以是購買的硫酸。優(yōu)選以一定濃度的硫酸溶液的形式存儲和供給。本發(fā)明中硫酸的加入量沒有特別的限制，可根據(jù)氧化鎂加入量以及硫酸鎂的濃度進(jìn)行具體調(diào)整。本發(fā)明所述的硫酸供給設(shè)備優(yōu)選由耐酸耐堿腐蝕的材料制成，其形狀和結(jié)構(gòu)沒有特別的限制，可采用本領(lǐng)域熟知的設(shè)計。
本發(fā)明的廢灰供給設(shè)備用于提供廢灰。該供給設(shè)備是本領(lǐng)域所熟知的那些，這里不再贅述。
本發(fā)明的渣料供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用渣料。由于不同來源的渣料粒度較大且粒度不均一，因此本發(fā)明的煙氣脫硫生產(chǎn)發(fā)泡磚的裝置還可以包括對渣料進(jìn)行粉末化和均勻化處理的渣料研磨設(shè)備，用于將發(fā)泡磚用渣料研磨為粉末，并輸送至渣料供給設(shè)備。本發(fā)明的渣料研磨設(shè)備主要是指水泥生產(chǎn)領(lǐng)域用的球磨機。該球磨機能研磨礦渣、鋼渣、粉煤灰、工業(yè)垃圾等廢渣，研磨后的產(chǎn)品能達(dá)到400m2/kg～600m2/kg的比表面積。
本發(fā)明的發(fā)泡組分供給設(shè)備用于提供發(fā)泡制品所用的發(fā)泡組分。其他添加劑供給設(shè)備，用于提供發(fā)泡制品用其他添加劑，稱為“其他添加劑”是為了與所述廢灰、渣料和發(fā)泡組分得以區(qū)分。所述添加劑供給設(shè)備和發(fā)泡組分供給設(shè)備都是本領(lǐng)域所熟知的那些，這里不再贅述。
本發(fā)明的廢灰供給設(shè)備、渣料供給設(shè)備、發(fā)泡組分供給設(shè)備、其他添加劑供給設(shè)備優(yōu)選為并列設(shè)置，分別向混合加工設(shè)備中供給原料。
本發(fā)明的混合加工設(shè)備用于將來自反應(yīng)設(shè)備的漿液、來自氧化鎂設(shè)備的氧化鎂，來自廢灰供給設(shè)備的廢灰、來自渣料供給設(shè)備的發(fā)泡制品用渣料，來自發(fā)泡組分供給設(shè)備的發(fā)泡組分，和來其他自添加劑供給設(shè)備的其他添加劑混合加工以形成發(fā)泡制品。所述混合加工設(shè)備 的具體設(shè)置可以根據(jù)所要獲得的發(fā)泡制品的類型而設(shè)置。本發(fā)明所述的發(fā)泡制品包括用所述混合材料制得的各種材料、成品和半成品，例如可以為水泥、發(fā)泡磚、輕質(zhì)墻體材料、保溫阻燃材料、多孔吸附材料。所述發(fā)泡制品可以直接加工或二次加工為建筑構(gòu)件，包括作為建筑材料、工程填充材料(如肋梁)、防火門芯填料、阻燃材料、內(nèi)外保溫材料、隔音和隔熱的復(fù)合材料等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)發(fā)泡制品的種類選用所熟知的混合加工設(shè)備。因此，所述混合加工設(shè)備可以只具有實現(xiàn)混合功能的構(gòu)造，也可以具有用以實現(xiàn)加工成型功能的構(gòu)造。只為了實現(xiàn)混合功能時，本發(fā)明的混合設(shè)備可以為單軸混合機、雙軸混合機或攪拌機，優(yōu)選為攪拌機。
本發(fā)明所述的裝置還可以包括干燥設(shè)備，用以對發(fā)泡制品進(jìn)行干燥。由于本發(fā)明的發(fā)泡制品形態(tài)多樣，某些產(chǎn)品可以不通過干燥設(shè)備而自然晾干，所以干燥設(shè)備為可選設(shè)備。所選用的干燥設(shè)備可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那些，例如可以為配置熱風(fēng)裝置的振動流化床干燥器。
本發(fā)明的煙氣脫硫生產(chǎn)發(fā)泡磚的裝置還可以包括包裝設(shè)備，例如本領(lǐng)域熟知的發(fā)泡制品包裝設(shè)備，也可以使用水泥包裝設(shè)備。這里不再贅述。
任選地，本發(fā)明所述的裝置還包括除霧設(shè)備，用于對脫硫煙氣進(jìn)行脫水除霧。本發(fā)明所使用的除霧設(shè)備其類型和工藝條件沒有特別的限制，可采用本領(lǐng)域熟知的除霧設(shè)備和工藝。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在除霧設(shè)備中將來自吸收噴淋區(qū)的脫硫煙氣脫水除霧后從煙氣脫硫設(shè)備的煙氣出口排出。
<生產(chǎn)發(fā)泡制品的方法>
本發(fā)明利用上述裝置生產(chǎn)發(fā)泡制品的方法，同時完成氧化鎂法煙 氣脫硫工藝和硫酸鎂發(fā)泡制品生產(chǎn)工藝，制得造價低、物化性能優(yōu)良的發(fā)泡制品。該方法包括：煙氣脫硫步驟、漿液排出步驟、反應(yīng)步驟和混合加工步驟。任選地，所述方法還包括干燥步驟和包裝步驟。
所述煙氣脫硫步驟的煙氣可以為來自燃煤鍋爐、燒結(jié)機、球團(tuán)或窯爐的煙氣；優(yōu)選為來自燃煤鍋爐、燒結(jié)機或窯爐的煙氣；更優(yōu)選為來自燃煤鍋爐或燒結(jié)機的煙氣。由于上述煙氣中存在一定量的氧氣以及二氧化硫含量適中，可以提高硫酸鎂產(chǎn)物的純度。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，所述的煙氣中的二氧化硫含量可以為300mg/Nm3～40000mg/Nm3，優(yōu)選為500mg/Nm3～30000mg/Nm3，更優(yōu)選為1000mg/Nm3～5000mg/Nm3。本發(fā)明所述的煙氣中的氧氣含量可以為3～18vt％，優(yōu)選為9～18vt％，更優(yōu)選為12～18vt％。
本發(fā)明的煙氣脫硫步驟為在煙氣脫硫設(shè)備中采用氧化鎂法脫除煙氣中的二氧化硫，并形成煙氣脫硫漿液，所述的煙氣脫硫漿液中含有硫酸鎂。在本發(fā)明的一個具體實施方案中，所述的煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)的上部設(shè)有吸收噴淋區(qū)，煙氣從煙氣脫硫設(shè)備的下部進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，在上升過程中經(jīng)過吸收噴淋區(qū)，煙氣中的二氧化硫被吸收，凈化后的煙氣從煙氣脫硫設(shè)備的頂部排出。吸收噴淋區(qū)所使用的制劑如前所述，這里不再贅述。
本發(fā)明的漿液排出步驟為當(dāng)煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)循環(huán)漿液池的pH，密度，硫酸鎂含量達(dá)到一定范圍時，通過排出泵將循環(huán)漿液池內(nèi)的煙氣脫硫漿液排出至漿液儲存設(shè)備。優(yōu)選地，當(dāng)煙氣脫硫漿液的pH值為4.5～6.5、漿液密度為1000～1150kg/m3、硫酸鎂含量達(dá)到30wt％以上時，將循環(huán)漿液池內(nèi)的煙氣脫硫漿液排出至漿液儲存設(shè)備。
本發(fā)明的反應(yīng)步驟為：在反應(yīng)設(shè)備中接收來自漿液儲存設(shè)備的煙氣脫硫漿液，并向該煙氣脫硫漿液中添加硫酸和氧化鎂以提高該煙氣脫硫漿液的硫酸鎂濃度，從而形成晶漿，所述晶漿中含有硫酸鎂晶 體。所加氧化鎂最好是過量的，反應(yīng)后硫酸鎂和氧化鎂的重量比可以為0.8～1.2之間。
本發(fā)明的混合加工步驟為將來自反應(yīng)設(shè)備的晶漿、來自氧化鎂供給設(shè)備的氧化鎂，來自廢灰供給設(shè)備的廢灰、來自渣料供給設(shè)備的發(fā)泡制品用渣料、來自其他添加劑供給設(shè)備的發(fā)泡制品用其他添加劑和來自發(fā)泡組分供給設(shè)備的發(fā)泡組分混合加工，以形成發(fā)泡制品。
所述渣料可以選自爐渣、礦渣、鋼渣、鐵渣的一種或多種。優(yōu)選地，本發(fā)明的渣料為爐渣和/或礦渣。在生產(chǎn)過程中，可以收集電廠、鋼廠、化工廠內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)生的各種渣類如爐渣、礦渣、鋼渣、鐵渣，然后經(jīng)由渣料研磨設(shè)備研磨成需要規(guī)格的粉狀時送入渣庫備用。
本發(fā)明的廢灰可以為粉煤灰、石膏粉、白云石粉、頁巖粉中的一種或多種，優(yōu)選為粉煤灰。電廠、鋼廠燃煤鍋爐、燒結(jié)機、豎爐、球團(tuán)等設(shè)備后的除塵器下部排出的灰(如粉煤灰)全部收入廢灰?guī)熘袀溆谩?/p>
本發(fā)明的所述發(fā)泡組分包括有機發(fā)泡劑或無機發(fā)泡劑；所述的有機發(fā)泡劑選自有機羧酸、有機羧酸的酸酐或單羧酸鹽的一種或多種；所述的無機發(fā)泡劑選自碳酸氫鈉或碳酸銨。優(yōu)選地，所述發(fā)泡組分還包括引氣劑，所述的引氣劑選自皂化的松香樹脂、文沙爾樹脂、皂化的吐爾油、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、石油羥的磺化鹽中的一種或幾種的組合。
本發(fā)明的其他添加劑包括選自以下添加劑的一種或多種：硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硅橡膠、聚酯纖維、玻璃纖維、磷酸、磷酸二氫鹽、磷酸一氫鹽、酒石酸、酒石酸鹽和氨基三亞甲基膦酸、聚丙烯、聚丙烯腈、木質(zhì)素、羥丙基甲基纖維素或硅氧烷。
本發(fā)明的發(fā)明人在實驗過程中，驚訝地發(fā)現(xiàn)當(dāng)將一定量發(fā)泡組分與MgO，MgSO4、渣料、廢灰、上述其他添加劑和水混合時會形成 密度大大降低而強度比一般水泥高很多的多孔材料，通過調(diào)整以上各組分的量能夠改變制品的密度以便形成不同性能、不同單位質(zhì)量(容重)的產(chǎn)物。這種配方做出的水泥還具有很強的耐水性、耐低溫性。用于形成發(fā)泡制品的特定羧酸，其酸酐和其羧酸鹽(如Na+，Mg2+，Ca2+，Al3+，等)也可與不能導(dǎo)致制品發(fā)泡的其它羧酸，它們的酸酐和它們的羧酸鹽結(jié)合起來使用。這種結(jié)合能夠形成具有改善的耐水性、改善的物理強度、提高的耐低溫性的發(fā)泡硫酸鎂水泥。
還有，己發(fā)現(xiàn)在使用可聚合的羧酸的情況下，如丙烯酸，在發(fā)泡磚生產(chǎn)過程中現(xiàn)場形成聚合形式(即二聚，低聚，和高聚)的酸。向水泥成分和適當(dāng)?shù)膯误w酸的混合物中加入引發(fā)劑明顯增加該現(xiàn)象的程度。
另外，為了進(jìn)一步改善最終制品的性能并得以滿足不同的實用和物理要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要加入適當(dāng)形式的其他填料，如砂、粘土，鈣質(zhì)礦物，礫石，骨料，輕骨料，以及本領(lǐng)域常用的其他渣料和合成材料。
<發(fā)泡制品>
本發(fā)明的發(fā)泡制品由發(fā)泡原料制備得到，所述發(fā)泡原料為上述方法中生產(chǎn)發(fā)泡制品的各種原料，優(yōu)選地，所述發(fā)泡制品利用上述裝置和方法制得。如前所述，本發(fā)明的發(fā)泡制品包括由所述發(fā)泡原料制得的各種材料、半成品和成品，優(yōu)選為水泥和發(fā)泡磚。本發(fā)明的發(fā)泡制品也可以為直接加工或二次加工而成的建筑材料和建筑構(gòu)件，例如：工程填充材料(如肋梁)、防火門芯填料、阻燃材料、內(nèi)外保溫材料、隔音和隔熱的復(fù)合材料等。發(fā)明人在實驗中還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的裝置和方法生產(chǎn)的多孔材料特別適合作為氣體和液體，以及離子，有機和無機材料的吸收劑；還發(fā)現(xiàn)該多孔材料是優(yōu)異的用作貓窩墊等的吸收 劑。本發(fā)明所述發(fā)泡制品的形態(tài)非常多，以上僅是作為實例給出。
在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的發(fā)泡原料包括：20～40重量份、優(yōu)選為25～35重量份的煙氣脫硫漿液，20～30重量份、優(yōu)選為22～28重量份的氧化鎂，6～10重量份、優(yōu)選為7～8重量份的硫酸，15～30重量份、優(yōu)選為20～25重量份的渣料，20～40重量份、優(yōu)選為25～35重量份的廢灰，5～20重量份、優(yōu)選為10～15重量份的其他添加劑。所述的發(fā)泡原料還包括發(fā)泡組分，所述發(fā)泡組分包括發(fā)泡劑和引氣劑，發(fā)泡劑用量為氧化鎂用量的3wt％～10wt％、優(yōu)選為5wt％～8wt％，引氣劑用量為氧化鎂用量的3wt％～10wt％、優(yōu)選為5wt％～8wt％。優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑為硬脂酸、正十二酸或聚丙烯酸；所述的引氣劑為十二烷基苯磺酸鈉。該方案的發(fā)泡制品，特別為發(fā)泡磚時，具有優(yōu)良的物理性能，輕質(zhì)高強，也具有很好的成本優(yōu)勢。
下面通過實施例和應(yīng)用例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。除非特別聲明，本發(fā)明的“％”表示重量百分比。除非特別聲明，以下實施例和應(yīng)用例中所使用的原料、工藝條件說明如下：
1、煙氣脫硫工況參見下表。
鋼廠燒結(jié)機煙氣脫硫項目工況參數(shù)
脫硫項目排放情況
2、其他說明
脫硫劑：氧化鎂粉末；
脫硫劑漿液的配比如下：脫硫劑與水的重量比例為1：3；
在下文給出的實施例或應(yīng)用例中，使用以下原料：
——硬脂酸(Aldrich)
——正十二酸(Aldrich)
——聚丙烯酸(Fluka#81140)
——十二烷基苯磺酸鈉(Aldrich)
——十六烷基磺基琥珀酸鈉(Cyanamid)
——煅燒氧化鎂
——硫酸
——煙氣脫硫漿液，其來自于北京中晶佳鎂環(huán)境科技股份有限公 司在天津榮程鋼鐵脫硫廢液生產(chǎn)現(xiàn)場。密度d＝1.25克/立方厘米，H2O/MgSO4比為3.1。
——廢灰為酸性粉煤灰(AFA)，來自山西襄礦發(fā)電廠(含有主要成分：50wt％SiO2，25wt％Al2O3，9wt％CaO)。
——高爐渣，來自天津榮程聯(lián)合鋼鐵有限公司(含有主要成分：50wt％SiO2，12wt％Al2O3，9wt％Fe2O3，16wt％CaO)。
——石英砂(200目)，含有99.5wt％SiO2。
應(yīng)該說明可使用的原料的純度不是最重要的。許多外購材料可用作合適和廉價的原料。
硫酸鎂發(fā)泡磚的制備和實驗在Retch磨機(型號為KM-1)中，放入要求數(shù)量的原料，并進(jìn)行粉磨/混合操作20分鐘。由此制得一種粘性物質(zhì)，將該物質(zhì)放入尺寸為200×240×150mm的模具中并在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)10天。養(yǎng)護(hù)完畢，將該澆注體或壓制體暴露在快速干燥/冷凍(D/F)循環(huán)中評價其耐水性和穩(wěn)定性?？焖貲/F循環(huán)包括以下步驟：a)在80℃下干燥24小時；b)在水中浸泡24小時；c)在-18℃下凍結(jié)潤濕體24小時；和d)將冷凍體投入沸水中并在其中保持4小時。經(jīng)如此處理的物體的反應(yīng)表明它們的耐水性，穩(wěn)定性，耐熱震性，吸水性，失重和密度變化。在進(jìn)行上文所述的五次循環(huán)前和后測量彎曲強度和抗壓強度。
實施例1
本發(fā)明的生產(chǎn)發(fā)泡制品的裝置如圖1所示。該裝置包括：煙氣脫硫設(shè)備1、漿液儲存設(shè)備4、反應(yīng)設(shè)備5、氧化鎂供給設(shè)備6、硫酸供給設(shè)備7、混合加工設(shè)備8、渣料供給設(shè)備9、廢灰供給設(shè)備10、其他添加劑供給設(shè)備11、發(fā)泡組分供給設(shè)備12、干燥設(shè)備13和包 裝設(shè)備14。煙氣脫硫設(shè)備1內(nèi)部設(shè)置有吸收噴淋區(qū)2；反應(yīng)設(shè)備5、氧化鎂供給設(shè)備6、硫酸供給設(shè)備7、混合加工設(shè)備8、渣料供給設(shè)備9、廢灰供給設(shè)備10、添加劑供給設(shè)備11、發(fā)泡組分供給設(shè)備12、干燥設(shè)備13和包裝設(shè)備14都設(shè)置在煙氣脫硫設(shè)備1的外部。煙氣脫硫設(shè)備1和漿液儲存設(shè)備4通過排出泵3和管線連通。漿液儲存設(shè)備4、反應(yīng)設(shè)備5、混合加工設(shè)備8、干燥設(shè)備13和包裝設(shè)備14依次連接。氧化鎂供給設(shè)備6和硫酸供給設(shè)備7分別連接至反應(yīng)設(shè)備4；渣料供給設(shè)備9、廢灰供給設(shè)備10、其他添加劑供給設(shè)備11和發(fā)泡組分供給設(shè)備12分別連接至混合加工設(shè)備8。各設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)參照前文所述和本領(lǐng)域常識進(jìn)行設(shè)置即可。
下面介紹利用上述裝置生產(chǎn)發(fā)泡磚的方法：
將脫硫劑氧化鎂粉末中加入工業(yè)自來水制成脫硫劑漿液-氫氧化鎂漿液，并泵送至煙氣脫硫設(shè)備1中，用于在吸收噴淋區(qū)2吸收煙氣中的二氧化硫。
來自于燒結(jié)機煙氣(二氧化硫含量為2000mg/Nm3，氧氣含量為18vt％)從煙氣脫硫設(shè)備1的下部進(jìn)入煙氣脫硫設(shè)備1內(nèi)部。在煙氣上升過程中，在吸收噴淋區(qū)2與脫硫劑漿液接觸，煙氣從煙氣脫硫設(shè)備1頂部排出。吸收噴淋區(qū)2噴淋脫硫劑漿液以吸收煙氣中的二氧化硫。
脫硫劑漿液在吸收二氧化硫后形成煙氣脫硫漿液(含硫酸鎂，溫度為30℃、密度為1.2t/m3)，其經(jīng)排出泵3被導(dǎo)入漿液儲存設(shè)備4中儲存。
上述煙氣脫硫漿液進(jìn)入反應(yīng)設(shè)備5(結(jié)晶器反應(yīng)槽)，在上述煙氣脫硫漿液中加入氧化鎂和硫酸，氧化鎂和硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂，從而提高漿液中的硫酸鎂濃度，并且所加氧化鎂過量，最終得到晶漿中 硫酸鎂與氧化鎂的重量比在1。將反應(yīng)設(shè)備5的晶漿輸送至混合加工設(shè)備8。
將收集自鋼廠的爐渣研磨成比表面積為400m2/kg的粉狀物，然后送入渣料供給設(shè)備9；將來自鋼廠燃煤鍋爐的廢灰加入廢灰供給設(shè)備10；將其他添加劑加入其他添加劑供給設(shè)備11；將發(fā)泡組分加入發(fā)泡組分供給設(shè)備12。然后，將上述渣料、廢灰、其他添加劑、發(fā)泡組分都送入混合加工設(shè)備8中與來自反應(yīng)設(shè)備5的晶漿進(jìn)行攪拌混合，攪拌速度為1600rpm，攪拌時間30分鐘，即得到硫酸鎂發(fā)泡磚。硫酸鎂發(fā)泡磚經(jīng)干燥設(shè)備13干燥，包裝設(shè)備14包裝后入庫。
應(yīng)用例1-5
采用實施例1中的裝置及工藝過程生產(chǎn)發(fā)泡磚，配方如下：
表1發(fā)泡磚組分基礎(chǔ)配方
制備發(fā)泡磚加入的發(fā)泡組分的用量如下表：
表2發(fā)泡組分的配方
將上述發(fā)泡磚組分在20×20×20mm的模板中塓行澆注，對該試體進(jìn)行干燥/冷凍過程，按GB/T 177-85標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試獲得的結(jié)果如下表3所示。
表3發(fā)泡磚性能
注：W.A.—吸水率；D—密度；CS—抗壓強度；MOR—彎曲強度。
由表可知，硬脂酸/MgO的重量比為5％時，發(fā)泡磚2的密度比發(fā)泡磚3的密度小，說明硬脂酸的發(fā)泡效果更好，同時，發(fā)泡磚2和3的吸水率相差不多，由于發(fā)泡磚2的發(fā)泡效果更好，發(fā)泡磚孔隙率較大，導(dǎo)致其抗壓強度和彎曲強度都要低于發(fā)泡磚3。對比發(fā)泡磚1和3，由于發(fā)泡磚1添加硬脂酸較多，發(fā)泡效果更好，所以發(fā)泡磚1的密度和親水性都要低于發(fā)泡磚3，發(fā)泡磚1的抗壓強度和彎曲強度則低于發(fā)泡磚3。發(fā)泡磚4使用正十二酸作為發(fā)泡劑，對比發(fā)泡磚3 和4，發(fā)泡磚3的密度小于發(fā)泡磚4，說明硬脂酸的發(fā)泡效果優(yōu)于正十二酸，而硬脂酸的疏水性較正十二酸的要強，所以發(fā)泡磚3的吸水率低于發(fā)泡磚4，發(fā)泡磚3的發(fā)泡效果較好，導(dǎo)致其抗壓強度和彎曲強度較4低。發(fā)泡磚5所用發(fā)泡劑為聚丙烯酸，由于聚丙烯酸的水溶性較好，所以發(fā)泡磚5的吸水率最大，但聚丙烯酸的發(fā)泡效果較差，所以發(fā)泡磚5的密度較大，由于發(fā)泡效果不佳，所以孔徑較小，孔壁較厚，抗壓強度和彎曲強度較好。以上各發(fā)泡磚的性能各有千秋，總體都不錯。綜合來看，發(fā)泡磚3各指標(biāo)均衡性較好，具有高質(zhì)量、低密度的特點，物理性能優(yōu)良，是比較理想的發(fā)泡制品。
本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進(jìn)、替換均落入本發(fā)明的范圍。