플라스터 안정화 방법

플라스터 안정화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR STABILIZING PLASTER}

본 발명은 하소 석고 플라스터의 후처리에 관한 것이고, 상기 처리는 강제 숙성(forced aging) 또는 안정화라는 용어로 공지되었다.

석고는 화학식 CaSO ₄ ㆍ2H ₂ O의 황산칼슘 이수화물(DH)이다. 천연 석고를 많이 침적하면 석고 바위 또는 석고 모래를 제공한다. 합성 석고는 인산 제조로부터 얻고 매연 가스 탈황(Flue Gas Desulfurization)(FGD))으로부터 더욱 많이 얻는다.

본 명세서 및 당업계의 일반적으로 용인되는 용어로 플라스터는 화학식 CaSO ₄ ㆍxH ₂ O, x=0 내지 0.5인 부분적으로 탈수된 석고이고, 적절한 양의 물과 혼합될 때 고체 구조로 재결정되는 능력을 가진다.

하소는 결합된 물을 제거하기 위한 DH의 열처리를 의미한다.

반수화물(Hemihydrate(HH)) 또는 반수화물(Semihydrate(SH))은 화학식 CaSO ₄ ㆍ1/2H ₂ O의 준안정성 수화물이다.

무수물 Ⅲ(AⅢ)은 물 또는 증기를 가역적으로 흡수할 수 있는 잠재력을 가진 탈수 반수화물이다. 물의 가역적인 흡수는 상당한 반응열을 발산한다.

무수물 Ⅱ(AⅡ)은 완전히 탈수된 생성물이다. 이것은 고온에서 형성되고 치장 회반죽 플라스터로는 환영받지 않고, 따라서, 산업용 플라스터를 하소하는데도 환영받지 못하고, AⅡ를 생성하는 상태는 가능하면 피한다.

HH 및 AIII는 하소의 첫 단계에서 얻어지는 생성물이다. AⅢ 또는 HH인지는 하소 온도 및 하소 분위기에서 증기압에 따라 먼저 형성된다.

일반적으로 플라스터는 더운 공기 또는 간접적으로 가열된 하소 용기에서 건조된 상태하에서 하소된다. 이런 상태하에서 최초의 DH 입자의 크기 및 모양은 반드시 동일하게 유지된다. 이렇게 얻어진 플라스터는 다공성이다. 이것은 통상적으로 치장 회반죽 또는 소석고라고 불린다. 용인되는 기술적인 용어는 β-반수화물(β-HH)이다.

바인더로서 플라스터의 가능한 용도는 수성 슬러리로 제조한 완전히 새로운 결정성 구조를 만드는 능력에 기인한다. 먼저, HH와 DH(약 8g/1 대 2.7 g/l)의 용해도의 매우 큰 차이 때문이다. 따라서, HH는 DH에 대해 많은 과포화를 생성한다. 과포화는 세균의 형성과 그 안에 빠른 재결정화를 유도한다.

보통, 염들은 온도에 따라 용해도가 증가한다. 황산칼슘은 용해도를 감소시키는데 다소 불규칙적으로 행동한다. HH 및 DH의 용해도 곡선은 약 100℃에서 서로 교차한다. 85 내지 100℃의 온도 범위에서, 용해도 차이는 너무 적어서 경화는 실제로 시작도 하지 않는다. 75℃에서, 반응 속도는 매우 낮다.

거친 열처리 때문에, β-HH의 물리적 미세구조는 응력을 받고 아주 불안정해진다. 따라서, 물과 접촉하면, β-HH는 부분적으로 매우 작은 입자들로 분해될 것이다. 그러나, 습기를 흡수함으로써, 응력이 매우 낮아지고 분해 현상은 약해진다. 동시에 물에서의 용해 속도는 감소된다. 이런 현상을 "숙성"라고 부른다. 이 용어는 아주 오해를 일으키는데 이는 시간보다 주위 상태(습도, 온도)에 더 효과가 있기 때문이다.

숙성 때문에, β-HH는 시간에 따라 이의 유동성 및 경화 동역학을 급격하게 변화시키는 경향이 있다.

유동학의 변화는 상기한대로 매우 고운 입자로 분해시키는 β-HH의 감소 경향에 의해 감소된다. 동역학의 변화는 하소 생성물에서 결정성 결함(증가된 활성의 부분)의 "치료"와 관련이 있다.

변화 특성들의 시작점은 플라스터의 근원, 입도 측정 및 하소 조건에 크게 의존한다. 물의 흡수는 숙성의 주요한 촉진제라는 것은 널리 용인되는 일치된 의견이 있다. AIII는 HH가 되기 위해서 많은 습기를 흡수할 수 있다. 그런 후에, 놀랍게도, 물의 흡수는 DH의 형성없이, HH의 이론값보다 현저하게 높은 약 8% 결합수가 될 때까지 지속된다.

숙성은 하소 및 도포 사이의 저장 및 지연의 상태가 매우 넓은 범위로 변할 수 있는 경우 건축/벽 플라스터에서 문제가 된다. 플라스터보드 생산에서 숙성은 비록 적은 정도라도 문제가 된다.

숙성의 실제 최종 상태에 도달한 플라스터는 두 가지 장점들을 제공한다:

a) 항구성과 신뢰성;

b) 입자측정의 제어 및 유동학.

상기 플라스터는 아래에 한정되지 않는 효과를 가진다:

ㆍ제품 품질의 더 낮은 전체 변화;

ㆍ플라스터보드 제조에서 건조시킬 더 적은 물; 및

ㆍ건축/벽 플라스터에서 더 적은 지연제;

ㆍ석고 섬유보드에서 탈수를 더 쉽게 하는 더 적은 초미세입자.

당해기술분야는 오래전부터 어떻게 플라스터를 강제적으로 숙성시키는지 알고 있다. 기본 개념은 아주 간단하다: 플라스터의 "수분부족"을 해갈하는데 필요한 물을 한 번에 전부 또는 그 이상을 제공하는 것이다. 이 방법은 당해기술분야에서 "안정화"라고 불린다.

본 발명에서 사용되는 강제 숙성 또는 안정화는 용해 물질(미국특허 1370581호)의 존재하에서 필수적인 하소인 "건조화(aridisation)"는 아니다.

미국특허 1,713,879호는 분명히 안정화를 다룬 첫번째 문헌이다. 이것은 물 및/또는 증기와 하소 플라스터의 혼합을 기술한다. 혼합의 목적은 경화하는 동안 물 수요와 온도 상승을 줄이는 것이다. 수치는 5 내지 6분의 기간 동안 플라스터의 1톤 당 12 내지 15 파운드의 물/분(전체로 5 내지 9% 물과 동일)이다. 이 플라스터는 바람직하게는 "싱글 보일 플라스터(single boil plaster)"(즉, 필수적으로 AIII이 없는 HH)이다. 이것은 배치 타입 작동이다. 사용되는 장비의 온도 또는 특정한 형태의 언급이 없다. 변형은 규조토와 같은 담체로 물을 도입하는 것이다. 방법은 (강제) 숙성이라고 불리고 아직 안정화되지 않았다.

독일공개특허 553519호는 플라스터에 덜 끈적이고 더 적은 물 수요를 부여하기 위해서 물 및/또는 증기로 하소 플라스터를 처리하는 방법을 기술한다. 흡수된 물의 양은 0.5 내지 7%이다. 이 방법은 온도를 증가시키기 위해서 AIII의 반응열을 사용한다. 말단에서의 온도는 80 내지 130℃이고 140℃를 넘어서는 안 된다. 특허는 경화 시간에 대한 제한을 기술하지 않으나 회전 가마의 배출 가스로 플라스터를 30분 처리하는 것을 예로 제공한다. 배출된 플라스터의 온도는 95℃이다. 그러나 건조에 대한 언급은 없다. 처리는 회전 장치에서 이루어질 수 있어서, 증기와 제품이 밀접하게 접촉하게 한다.

미국특허 19999158호는 미국특허 1370581호(건조화)를 언급하고 명백히 의존한다. 응용의 분야는 벽 플라스터이다. 청구된 개선점은 가소성을 증가시키고 분말의 경과 저장 시간에 따른 경화 시간의 변화를 감소시키기 위한 초미세-제분에 있다. 가소성은 65 내지 75의 US 굳기로 정의된다. 기초 플라스터의 정밀함은 10㎛보다 작은 대형 부분을 가진 것으로 기술된다.(안정화 플라스터라는 용어가 먼저 사용된다).

미국특허 2177668호는 주위 RH(60%RH)이상의 다량의 공기 및 42℃에서 DH의 이론적 안정화 온도 이하의 온도로 하소 플라스터의 처리에 의해 AIII의 HH로의 필수적인 변화인 강제 숙성을 다룬다.

미국특허 3415910호는 DH(82 내지 100℃)의 형성 및 102℃ 이상의 연속적 가열(157℃로 건조)을 피하는데 충분히 높은 온도를 유지하는 동안 물로 뜨거운 플라스터를 급냉하는 것을 기술한다. 최대의 수분 함량은 3%이었다. 건조는 HH에 대한 결합수의 이론적 값이 얻어지는 지점에서 수행되었다. 바람직하고 전적으로 기술된 방법은 하소제로서 주전자를 사용하고 동일한 주전자를 처리 및 연속 건조 단계를 위한 장치로 사용하는 것이었다. 얻어지고 청구된 플라스터는 다음과 같은 특징을 가진다: (i) 20℃ 밀도 = 2.60g/ml(<10% 이하 1.6 및 <10% 이상 2.68g/ml) 및 (ii) 층 순서 지수 8 이상. 특허는 물 수요에 대한 분해의 역할과 유동학적 특성을 기술한다.

영국공개특허 1233436호는 미국특허 3415910호와 본질적으로 동일하다. 그러나, 약간의 차이와 추가 정보가 기술되어, 방법이 더 발전되었다고 주장한다. 예를 들어, 최대 습도는 3.5%로 증가되고, 용인되는 하소 온도는 160℃이다. 실험실에서의 처리 온도는 실온과 같을 수 있다. 산업적 응용에서 바람직한 처리 온도는 82 내지 93℃이다. 바람직한 건조 온도는 115℃이상이다. 그래프는 3분에서 3%가 최저 작동 한계라고 주장하는 US 굳기에 대한 습기제거와 경화 시간의 효과를 기술한다.

미국특허 3527447호는 미국특허 3415910호의 개량물이다. 대기압 이하에서 개별 장치에서 수행된 건조 단계를 기술한다. 원하는 온도범위를 얻기 위하여, 마이크로파에 의한 추가 에너지 주입이 제안된다.

미국특허 4117070호(및 관련 미국특허 4153373 및 프랑스공개특허 2383893호)는 플라스터보드 생산 방법의 일부로 건조 없이 안정화하는 연속적인 방법을 진행한다. 특정한 실시예에서 보드 라인 공급의 50 내지 75%는 약 1분 동안 경화된 자유수의 1 내지 8%로 처리하고 이 원료는 재조합되고 추가 3분 동안 경화된 원료의 잔존 부분과 혼합된다. 재조합 후에 전체 습도는 3-4%이다. 습윤 용기로서 유체화되고 교반된 용기가 기술된다.

유럽공개특허 0008947호는 습윤 플라스터의 장기간 저장의 불편함을 다룬다. 이 특허는 경화하는 동안 최대 온도 상승인 "경화 돌발성(set suddenness)"의 개념을 소개한다. 고경화 돌발성은 적절한 내기계력의 개발을 위해 필수적인 것으로 기술되고 안정화 방법에 의해 실질적으로 감소된다. 이런 단점을 위한 해결책은 처리된(건조하거나 하지 않음) 플라스터를 최초(블라인에서 측정)의 3 내지 4 배 정밀하게 제분하는 것이다.

영국공개특허 2053178호는 "엔토레터 (entoleter)" 제분기 등에서 동시 제분 및 습윤화를 기술한다. 경화는 크기 감소 후에 일어난다. 유럽특허 0008947호의 경화 돌발성은 이 방법에 의해 얻어진다.

이런 특허들은 강제 숙성(즉, 급냉/습윤화) 및 안정화(즉, 급냉/습윤화 및 경화, 및 선택적으로 건조)를 구별한다. 특허들은 숙성되거나 안정화된 플라스터를 얻고 플라스터보드 생산에 사용하기 위한 적절한 입도측정을 구체화하기 위한 다른 시도들을 주장한다.

각 안정화 방법은 습윤화와 경화의 단계를 포함한다. 습윤화는 가장 까다로운 부분이고 경화 또한 여러 문제들을 가진다. 두 개의 중요한 관심사는 (1) 플라스터 슬러에서 결정화 씨앗으로 작용하는 DH를 생성하는 의도하지 않은 재수화 및 (2) 장비에서의 조립 또는 스켈링이다.

DH의 형성은 만일 물과 플라스터가 더 낮은 온도에서 반응을 허용하는 열역학적 조건하에서 일정한 시간 동안 접촉한다면 일어난다. 플라스터와 같은 바인더의 습윤화는 반드시 덩어리를 형성하고 습윤화 생성물과 접촉하는 각 표면 및/또는 습윤화 액체는 잠재적으로 경화된 물질의 외피를 만드는 경향을 가지는 것이 분명하다. 이 문제들은 장치들의 습윤화 부분에서 보다 현저한데 이는 습윤화는 먼지를 생성하는 혼합을 포함하고 응축을 유도하는 물의 존재를 포함하기 때문이다.

상기한 문제들을 해결하는 것에 관해 당해기술분야에서 공개된 것은 만족스럽지 못하다. 미국특허 3415910호에서, 전체 장비를 냉각하고 재가열하기 위해서 주전자를 사용하는 것은 시간과 에너지가 소비된다. 미국특허 4153373호는 습윤화 장치로서 플라스터보드를 생산하기 위한 플라스터의 처리 방법에서 사용되는 유동화 용기 및 교반 용기를 기술한다. 본 명세서에서 DH의 자취의 형성은 플라스터가 플라스터보드 라인에서 어쨌든 가속되기 때문에 해가 되지 않는다. 영국공개특허 2053178호는 플라스터보드 생산의 내용으로 한 단계에서 습윤화와 제분을 결합한다. 상기 특허에서 스켈링은 전단력에 의해 피하나 DH 문제는 해결되지 않았다.

본 발명은 상기 문제들을 해결하고 β-반수화물 플라스터(β-HH)를 안정화시키기 위한 방법과 이 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

스켈링과 DH 문제는 HH의 수화가 발생할 수 없는 상태를 습윤화로부터 건조까지 유지함으로써 해결될 수 있다. 본 발명에서 습열 상태는 처리 공간에서 제어되고 부분 생성물과 접촉하는 부분의 온도에서 제어된다.

추가의 기계적인 조치는 관련 장비의 부품에 대한 생성물의 축적을 예방하도록 선택될 수 있다.

따라서 본 발명은 청구항에서 정의한 방법과 장치를 제공한다.

상기한대로, 본 발명은

a) 바람직하게는 100℃ 이상의 온도에서 가열된 HH-플라스터를 제공하는 단계;

b) 적어도 100℃로 가열된 벽을 가진 습윤화 장치에서 뜨거운 플라스터를 공급하는 단계;

c) 아직 습윤되지 않은 플라스터의 표면이 주입된 물 및/또는 증기에 노출되지 않게 하는 상태로 물 및/또는 증기를 습윤화 장치에 주입하는 단계;

d) 습윤화 장치에서 75 내지 99℃ 범위내의 이슬점의 수준에서 분위기를 유지하는 단계; 습윤된 혼합물을 경화 장치에 제공하는 단계;

e) 75℃이상, 바람직하게는 75 내지 99℃, 적어도 3분, 바람직하게는 4 내지 15분 동안 경화 장치에서 분위기를 유지하는 단계;

f) 습윤되고 경화된 혼합물을 건조 장치에 제공하는 단계; 및

g) 상기 습윤되고 경화된 혼합물을 건조하는 단계를 포함하여 습윤화와 경화 및 선택적으로 건조에 의해 하소된 β-반수화물 플라스터를 안정화시키는 방법을 제공한다.

선택적으로, 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다:

h) 건조된 생성물을 제분하는 단계; 및/또는

i) 건조된 생성물을 냉각하는 단계, 냉각은 제분 단계 전 또는 후에 수행될 수 있다.

상기 방법에서, 습윤된 혼합물에서 수분이 없는 HH의 중량을 기초로 3 내지 12%를 얻기 위하여 결합된 물 및/또는 증기의 양을 계량하는 것을 제공하는 것이 바람직하다.

상기 방법에서, 습윤화 및/또는 경화의 분위기는 (1) 습윤화 및/또는 경화 장치를 통해 외부 공기의 흐름을 제어하거나 (2) 습윤화 및/또는 경화 장치의 벽의 가열을 제어함으로써 제어될 수 있다.

상기한 방법은 배치 방식 또는 연속된 방식으로 수행될 수 있고, 후자가 바람직하다. 이 경우, 상기한 단계들(및 상응하는 장치)의 일부는 단일 장치의 지역이 될 수도 있다. 한 바람직한 실시예에서 습윤화 및 경화는 동일한 장치에서 결합된다.

따라서, 단계 d), e) 및 f)는 바람직하게는 "습윤화 및 경화"의 단일 단계로 결합된다. 또한, 단계 h) 및 i)는 결합되는 것이 바람직하다.

어떻게 처리되는 지의 일반적인 개요인 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예들로 단일 단계 및 여러 단계들의 잠재적인 결합을 도시한다.

단계 a)와 b)에 관한 한, 재수화를 피하기 위해서 이 방법은 상승된 온도에서 수행되어야 한다는 것을 주목해야 한다. 플라스터 공장에서 수행된 안정화단계에서, 플라스터는 일반적으로 155 내지 180℃의 온도에서 하소 장치로부터 나온다. 수송의 첫번째 단계 동안 일반적으로 120 내지 140℃로 냉각된다. 더 높은 온도의 경우, 플라스터가 냉각될 필요가 있다. 플라스터가 습기를 갖도록 해야 되기 때문에 냉각은 증발과 열교환에 의해 냉각될 물의 직접 주입에 의해 이루어질 수 있다. 만일 냉각이 습윤화와 동일한 장치에서 수행된다면, 다른 장점은 이슬점을 75 내지 99℃의 바람직한 온도로 올리는 습윤화 장치의 분위기에서 습도를 높게 하는데 충분한 증기를 발생시키는 것이다.

단계 c)와 d)에 관한 한, 안정화 방법에서 물이 존재해야만 한다. 물이 단독으로주입될 때 물이 존재하게 될 것이라는 것은 분명하다; 증기가 사용될 때 그 후에 냉각기 부분에서 응축이 발생한다. 만일 국부적으로 물의 공급이 존재하는 플라스터의 흡수력에 의한 요구보다 더 높다면, 플라스터 입자들은 함께 부착될 것이고 다소 끈기있는 덩어리를 형성할 것이다. 만일 물이 장비의 일부에 부착된다면 플라스터는 이 부분에 부착될 것이다. 반면, 만일 발생한다면, 첨가된 액체와 결합될 때, 응축이 원하는 양의 물을 생산하기 위하여 물 및/또는 증기는 계량될 것이다.

첨가된 물의 백분율 및 상응하는 필요 경화 시간은 공지되어 있다. 관련 기술분야는 물 첨가와 경화 시간의 증가로 함께 행동에서 일정한 진화가 있다는 것을 나타낸다. 더 높은 수치에서 변화는 "포화"까지 균일하게 된다. 특성들을 변화시키는 것을 피하기 위해서, "포화" 수준에서 작업하는 것이 바람직하다. 3% 이상의 유리 수분 및 3분 이상의 경화 시간에 도달한다. 높은 물 첨가에서, 플라스터의 행동은 보통으로 측정된 플라스터에 더 근접하게 될 것이다. 자유 수분의 상부 한계는 바람직하게는 12%이다.

단계 e)에 관한 한, 이슬점 근처에서 유지하는 것은 중요한데 이는 온도와 증발 비율 사이의 평형의 온도이기 때문이다. 시스템의 온도는 항상 이슬점으로 빠르게 이동할 것이다. 만일 낮은 이슬점을 가진 외부 공기가 장치속에 들어간다면 비록 공기가 생성물보다 훨씬 더 뜨겁더라도 반드시 생성물을 냉각시켜야 할 것이다.

분위기는 주입된 공기 및/또는 벽을 가열함으로써 제어될 수 있다. 벽을 가열하는 것은 응축을 피하기 위하여 이미 존재한다. 벽을 통한 열 전달은 증발에 의한 열손실을 보상함으로써 열 변화에 영향을 미칠 수 있다. 이런 경우, 생성물 온도는 이슬점 이상으로 약간 증가될 수 있다.

단계 f)에 관한 한, 경화 시간은 또한 중요한 변수라는 것을 주목해야 한다. 필요한 시간은 플라스터의 성질, 온도 및 습기에 의존한다. 여기에 필요한 최소 시간은 3분이다. 그러나, 이들은 포화 영역으로 더 속할 것이기 때문에 시간이 더 긴 것이 바람직하다. 전형적인 경화 시간은 4 내지 15분이다.

단계 h)에 관한 한, 건조 시간은 처음에는 중요하지 않고 약 160℃(종래 기술 문서에서 인용된 것 참조)까지 올라갈 수 있다는 것을 알아야 한다. 그러나, 낮은 온도에서의 건조는 보다 재생가능한 결과들을 나타낸다는 것을 발견하였다. 115℃이하의 생성물 온도가 바람직하다. 특별한 건조 방법은 105℃이하에서 작용한다. 이런 조건하에서 건조는 약 7.0% LOI(연소 손실)의 전체 물 함량에서 정지한다는 것을 발견하였다. 이 LOI는 6.2%의 이론적 LOI보다 현저하게 더 높다(100% 순도의 플라스터를 기초로한 모든 수치). 놀랍게도 이런 LOI를 가진 플라스터들은 누구나 예상할 수 있듯이, DH 속에 과화학양론적 물을 재결합하지 않는다. 8%의 LOI도 허용될 수 있다. 이런 점에서 이들은 심한 조건(60℃ 및 24시간 이상의 90%RH)에서 자연적으로 숙성되어진 플라스터들과 같다.

단계 i)에 관한 한, 필요한 정밀함을 얻는데 필요한 제분은 주로 사용되는 원료 석고의 성질과 안정화된 플라스터의 의도된 용도에 크게 의존한다는 것을 알아야 한다. 주조뿐만 아니라 플라스터보드 생산을 위해서, 약 d50=15 내지 22㎛의 정밀함이 최적이다. 여과 공정을 위해서, FGD 석고의 천연 입자 크기 분포(PSD)는 매우 잘 어울린다. 압축-여과 공정을 위해 넓은 PSD가 바람직하다. 이런 경우에 제분에 의해 주어진 PSD 및/또는 선택 방법은 수용성 슬러리에 유지된다. 특히 FSD 석고로부터 출발된 것으로부터 이봉 분포(bimodal distribution)가 얻어질 수 있다.

단계 j)에 관한 한, 매우 자주 β-HH가 AIII의 일정한 백분율을 가진다는 것을 주목해야 한다. 물과 접촉하여, AIII는 HH와 재수화된다. 보통의 플라스터에서, AIII는 습기를 흡수하는데 중요한 역할을 한다. 만일 플라스터가 가방안에 저장된다면, 습기는 외부로부터 분산된다. 이 습기를 흡수함으로써, AIII는 버퍼로서 작용하고 일정한 시간 동안 상기 습기에 의해 유발된 특성들의 변화를 막는다. 사일로에 저장된 뜨거운 플라스터는 벽으로부터 서서히 냉각될 것이다. 이 공정은 벽 근처에서 응축을 유도할 수 있다. 충분한 AIII는 DH의 형성을 막을 수 있다. 안정화된 플라스터는 AIII가 없다. 따라서, 사일로에 저장된다면, 응축을 막기 위해 플라스터는 충분히 냉각되어야 한다. 한편, 결정된 냉각 단계를 갖는 것이 유용할 것이다.

본 발명의 안정화된 β-HH는 분해 및 경화 동역학에 관해서 안정하다. 이것은 실질적으로 AIII가 없고 이의 결합수는 이론값 이상이다. 이의 특정한 용도에 적합한 임의의 필요한 PSD는 제분과 체질 및/또는 혼합으로 얻을 수 있다.

본 발명의 안정화된 β-HH는 여과 공정에 따른 석고 섬유보드 생산, 플라스터보드 생산, 산업용 플라스터, 연결 화합물, 압축-여과 공정 등에 따른 고강도 석고 섬유보드 생성물을 위해서 벽 플라스터에서 바인더 및/또는 충진제로서 유용하다.

각각의 응용을 위해서, 수용성 플라스터 슬러리 내의 특정 PSD가 최적이고 본 발명에 따라 처리된 플라스터의 적절한 제분에 의해 적절하게 얻어질 수 있다.

예를 들어, 누구나 다음을 인용할 수 있다:

- 벽 플라스터 내의 바인더 및/또는 충진제용으로 30 내지 100㎛의 d50

- 여과 공정에 따른 석고 섬유보드 생산용으로 20 내지 30㎛의 d50

- 플라스터 생산용으로 15 내지 22㎛의 d50:

- 산업용 플라스터 및/또는 결합 화합물용으로 10 내지 20㎛의 d50.

- 압축-여과 공정에 의한 고강도 석고 섬유보드 생산용으로 3 내지 10㎛에서 첫 번째 피크 및 20 내지 60㎛에서 두 번째 피크를 가진 이봉.

본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치들은 지정된 습열 상태하에서 작동될 수 있어야 한다. 습윤화/경화 부분용으로, 예를 들어, 살균기용으로 사용되는 회전식 샤푸트 분말기 또는 증기 재킷을 가진 입자 보드용 접착제 혼합기와 같은 장치와 같은 회전 샤푸트가 적절하다. 공기로 채워진 증기를 채운 공기 mix ^?? 분쇄기 및 가열된 벽이 또한 잘 어울린다. 건조 부품용으로, 분말용인 거의 모든 건조기가 적절하다(재수화를 일으키는 상태로 젖은 플라스터를 냉각시키지 않는 한).

도 2a 및 2b(라인 AA를 따라 2a의 측면도)는 본 발명의 한 실시예를 도시한다. 습윤화 장치는 가열된 공간(2)에서 회전하는 드럼(1)을 포함한다. 드럼은 베어링(3)에 지지되고 플라스터와 잠재적으로 접촉하는 드럼의 완전한 표면이 가열되도록 가열된 공간의 외부의 모터(4)에 의해 구동된다. 공급과 배출은 컨베이어 스크류에 의해 이루어진다. 공급 스크류(5)는 계량 스크류이다. 생성물의 일정한 수준은 외부로부터 드럼의 내부를 밀봉하기 위하여 호퍼(6)(수준 센서가 장착)에서 유지된다. 배출 스크류(7)는 들어오는 플라스터를 배출하는데 적절한 속도로 작동된다. 생성물은 배출 하우징(18)에 수집되고 접시 추출기(19)로 최종적으로 추출된다. 습윤화는 2상(증기-물) 분쇄 노즐(11)을 통해 일어난다. 계량은 유량-계량기 및 제어 밸브(9)의 조합인 적절한 장치에 의해 수행된다. 드럼의 인테리어는 플라스터를 흡수 할 수 있고 도 2b의 화살표로 도시된대로 연속적으로 배출할 수 있는 (상승) 블레이드(10)이 장착된다. 플라스터 캐스케이드는 물 및/또는 증기로 분무된다. 분무 노즐은 통과 블레이드(10)에 의해 지속적으로 청소되는 지붕에 의해 플라스터로 덮히게 되는 것으로부터 예방된다. 도면에 도시하지 않은 한 특징은 지붕의 지역내의 블레이드는 스프링 강철 리본에 고정된다는 것이다. 상기 지붕은 블레이드가 압력을 받고 지붕을 통과할 때 다시 튀어오르도록 약간 기울어진다. 그런 후에 이들은 장애물과 충돌한다. 충격이 잠재적인 축적물을 떨어뜨린다. 드럼은 여러 개의 가스 버너(14)에 의해 바닥 외부로부터 가열된다. 이의 전력은 밸브(13)를 제어하는 드럼의 상부 측면상에서 측정된 온도 T2에 의해 제어된다; 또한, 호퍼(6)내의 플라스터의 온도 T1을 고려할 수 있다. 배출된 생성물의 온도는 필수적으로 드럼내에서 대기의 이슬점이다. 이 온도는 주어진 생성물 온도를 유지하기 위해 플랩 밸브(15)를 통해 공기흐름을 제어하는 온도 T3에 의해 측정된다. 추출된 공기는 증기로 약간 포화된다. 또한 온도 T4는 습윤 지역에서 공기의 흐름을 제어하여 이 지역의 대기를 제어하기 위하여 밸브(16)를 제어할 것이다. 다른 플랩 밸브(20)는 필터에서의 응축을 피하기 위해 외부의 공기가 습한 공기를 희석하게 한다. 팬(17)은 공기를 반출하는데 필수적인 전력을 제공한다. 드럼(1)과 덮개판(21) 사이의 제어된 갭은 외부 공기를 위한 입구를 제공한다. 습윤화 장치의 필수 크기는 습윤 방법에 필요한 생산량과 시간의 결과이다. 일반적으로 1분은 분무(공간 22)하는데 충분하다; 균일화(공간 23)를 위한 추가의 2분은 추천할만하다. 아래 표는 상기한 시간을 사용하는 습윤화 드럼에 대한 적당한 직경를 나타낸다:

용량 [t/h] 10 20 40

직경 [m] 1.0 1.3 1.6

길이 [m] 3.0 4.0 5.0

경화 기간은 습윤화와 같이 동일한 습열 상태하에서 작동되기 때문에 의도된 잔류시간을 허용하기 위해 연장된 동일한 장치에서 편리하게 수행된다.

도 3a 및 3b(라인 AA을 따라 3a의 측면도)는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 따라서 도 3은 도 2의 장치의 변형을 도시한다. 동일한 참고문헌은 동일한 부분을 지정할 것이다. 경화 지역(공간 24)은 습윤화 부분에 부착되지만 지름은 더 크다. 이것은 장벽(25)에 의해 분리된다. 습윤화 지역의 적당한 직경는 다음과 같다.

용량 [t/h] 10 20 40

직경 [m] 1.4-1.6 1.8-2.0 2.3-2.6

길이 [m] 4.2-3.2 5.3-4.0 6.7-5.0

경화 플라스터의 건조는 당업계에서 공지된 많은 방식으로 이루어질 수 있다. 증기 건조기는 잘 적응하나 사이클론 및 백-하우스를 통해 이동한 공기의 큰 부피에 비해 비교적 많은 에너지를 소비한다.

도 4는 습윤화의 단계에서, 경화 및 건조 단계가 결합되는 다른 실시예를 도시한다. 드럼의 첫 번째 부분에서 습윤화와 경화는 도 2에 지정된 드럼에서 발생되나 경화 공간을 제공하기 위해 더 길다. 이런 드럼의 신장에서, 부착되었으나 노치형 벽(26)에 의해 분리된 것은 외부로부터 더욱 가열되고 더운 공기로 환기되는 드럼의 두 번째 부분(27)이다. 더운 공기의 통로는 화살표(28)로 도시된다. 상기 부분(27)에서, 습기는 110℃를 초과하지 않고 바람직하게는 105℃이하의 생성물 온도에서 건조된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 건조 및 제분의 단계는 결합된다. Impmill ^?? 또는 Ultrarotor ^?? 과 같은 밀-건조 및 많은 다른 것들은 건조와 제분을 결합한다. 이런 조합은 플라스터가 정밀하게 제분될 때 유용하다.

다른 바람직한 조합은 제분과 냉각이다. 만일 생성물이 도 4의 실시예에 따라 건조 단계를 나온다면, 이의 온도는 이미 꽤 낮다. 적은 비율의 자유 습기가 존재할 수 있다. 밀을 강제로 통과한 공기는 잔존 습기를 건조시킬 것이고 동시에 냉각시킬 것이다.

다음 예들은 본 발명을 제한하지 않고 본 발명을 기술한다.

본 발명의 방법을 검사하기 위한 목적으로, 연속된 작업 파일럿(piolt) 설치가 설치되었다. 파일럿은 도 2에 도시된 타입이었다(가열된 공간에서 회전하는 것을 제외하고 드럼은 가스로 불이 붙은 이중 재킷을 가진다). 파일럿은 간접 증기 가열 회전 하소기에서 하소된 FGD 출처의 플라스터로 채워졌다. 파일럿의 입구에서 공급 온도는 평균적으로 120℃이었다. 용량은 습윤화, 경화 및 건조의 결합된 단계의 경우 150kg/h이었다. 습윤화는 4%±1%로 고정되었다. 평균 잔류 시간은 16분으로 고정되었다. 결합된 습윤화와 건조 형태에서, 파일럿은 도 4에 설계된 장치를 모방했다. 만일 건조 방법의 시작부터 자유 습기가 2%이하 이면, 습윤화와 경화 시간 모두는 5 내지 10분(포화 수준에서 약간)의 순서이었다는 것을 추측할 수 있다. 생성물을 위한 제어 변수들은 온도와 습기였다. 이 방법은 반대 기류에서 드럼을 통과하는 기류와 외부 가열 온도에 의해 제어될 수 있었다. 기류는 원하는 수준에서 생성물 온도를 유지하기 위해 공급면에서 갭의 넓이에 의해 제어되었다. 외부 가열 온도는 185℃에 도달했다. 이런 조건하에서 생성물은 100±5℃의 온도 및 6.5 내지 7.5%의 LOI에서 드럼을 떠났다. 습윤화 모드에서, 내부 공간은 현저한 공기 교환을 피하기 위해 단단히 고정되었다. 배출에서 생성물은 최초 습기의 최대 2%를 상실하였다. 외부 가열은 125℃에 달했다. 배출된 생성물의 온도는 약 85℃±10℃이었다. 이러 형태에서 오직 DH의 발생이 중요하였다. 작은 샘플들은 오븐에서 50℃에서 빨리 건조되었고 시차열분석(Differential Thermal Analysis (DTA))으로 결합수를 검사하였다.

다음 플라스터 샘플들을 아래 표에 나타낸대로 검사하였다. 모든 샘플들은 독일 화력 발전소의 FGD 석고인 원료 석고의 동일한 공급원으로부터 제조되었고 모두 간접 증기 가열 회전식 가마를 사용하는 동일한 플라스터 공장에서 하소되었다. 샘플 1a, 1b, 2, 3 및 4는 통상적인 타입이다. 샘플 5 내지 9는 본 발명에 따른다.

플라스터의 기계적 안정성을 결정하기 위해서, 첫 번째로 정의한다:

슬럼프(slump)는 슈미트 링에 의해 생성된 슬러리 케익의 지름이고 슬럼프 1은 손으로 측정한 플라스터의 슬럼프인 반면 슬럼프 2는 20초 동안 혼합기 샤푸트 타입 Braun ^?? MR400, 300W로 측정한 플라스터의 슬럼프이다. 물/플라스터(W/P)비는 0.75로 유지된다.

안정성을 판단하기 위하여 참조로 동일한 PSD의 주어진 플라스터의 슬럼프로 주어진 PSD의 안정화된 플라스터의 슬럼프를 정의한다. 인정성 인자 1은 손으로 측정한 슬럼프의 비이다. 안정성 인자 2는 혼합 플라스터의 비이다. 모두 0.75의 W/P 비이었다.

플라스터의 PSD는 타입 Malvern ^?? Mastersizer의 레이저 분쇄기에 의해 측정하고, 플라스터는 알콜에서 초음파 처리에 의해 분산된다.

여과성을 결정할 목적으로, 100g의 플라스터와 500g의 물을 혼합하였다(작업이 경화없이 작동되도록 하는데 충분한 지연제를 포함). 이 서스펜션은 80mm 지름의 실린더에 제공되었다. 1bar의 가압 공기는 물을 필터를 통해 밀어낸다. 배출된 물은 시간의 제곱으로 기록된다. 이 경우 선형 곡선이 얻어진다. 곡선의 기울기는 플라스터의 여과성을 나타낸다. 값이 높으면 높을 수록 여과는 더 빨리 이루어진다. 안정화 인자 3은 두 기울기의 사이의 비로 정의된다. 이것은 얼마나 많은 여과성이 혼합 방법에 의해 영향을 받는 지를 나타낸다.

이런 방식으로 측정된 기울기는 단지 간단한 지시자이다. 배출된 물의 주어진 백분율에 필요한 여과 시간 속에서 번역하기 위해서, 반드시 그래프를 읽고 절단값의 제곱을 계산한다.

다음 표는 다양한 플라스터 샘플의 특성을 나타낸다.

샘플 2 vs 샘플 4는 통상적인 숙성의 효과를 나타낸다.

표의 값들은 본 발명에 따른 가속된 숙성이 통상적인 시간이 소요되는 숙성과 동일한 생성물을 반드시 생산한다는 것을 나타낸다.

샘플 2 vs 샘플 5 및 샘플 6는 임의의 종류의 분쇄되지 않은 재료에 대한 본 발명의 처리의 효과를 분명히 나타낸다. 샘플 3 vs 샘플 7의 비교에서도 동일하다. 비록 약간 낮은 PSD에서도, 샘플 7의 슬럼프 값은 샘플 3의 값보다 더 크다. 슬럼프 2는 슬럼프 1보다 훨씬 더 크다.

샘플 7과 샘플 8의 비교는 d50=12㎛의 섬세함은 거친 재료보다 더 좋은 유동성을 나타낸다는 것을 도시한다. 이 현상은 샘플 8의 슬럼프 2의 절대값인 것과 같이 놀랍다. 샘플 9의 슬럼프 1과 2의 절대값도 동일하게 놀랍다. 처리되지 않은 재료로 150mm이하를 예상할 수 있다. 샘플 8의 여과성은 더 거친 PSD를 가진 샘플 3의 여과성보다 더 우수하다.

놀랍게도 50% 샘플 5와 50% 샘플 8의 혼합물인 샘플 10은 모두의 평균의 여과성을 나타낸다. 여과 시간으로 전환하면 샘플 7/샘플 5의 비는 6.3인 반면, 샘플 8/샘플 10의 비는 2.2이다.

비처리된 플라스터의 표준 생성물과 비교하여, 샘플 7 내지 9의 처리된 플라스터들은 낮은 물 수요량 또는 주어진 W/P 비에서 높은 유동성이 필요한 경우, 많은 응용에서 상당한 장점들을 가진다. 이것은 임의의 종류의 플라스터보드 생산 또는 미리조립된(주조된) 생성물에 대한 경우이다.

산업용 플라스터의 경우, 낮은 물 에요량이외에, 견고성은 원래부터 존재한다. 본 발명에 따라 처산된 플라스터들은 포화 수준에서 처리되기 때문에 다른 생산량과 긴 저장 기간에 대해 이런 견고성을 제공한다.

처리된 플라스터를 혼합하는 동안 기계적 파괴에 대한 내성은 통상적인 플라스터에 비교되지 못한다. 따라서, 이들은 우수한 여과성이 필요한 경우, 석고 섬유보드의 경우와 같은 응용에 가장 적합하다. 당업계에서 매우 자주 잊는 플라스터의 한 응용은 섬유의 펄프와 플라스터로부터 제조된 섬유 강화 제품에서 바인더로서의 용도이고, 상당량의 과량의 물이 감압 또는 압축 여과에 의해 제거되어야 한다. 본 발명의 처리된 플라스터를 혼합하는 동안 기계적 파괴에 대한 내성은 통상적인 플라스터와 비교되지 않는다. 따라서, 상기 플라스터들은 석고 섬유보드의 경우와 같이 우수한 여과성이 필요한 응용에 가장 적합하다.

본 발명은 플라스터를 안정화하기 위한 방법과 생성물과 접촉하는 모든 벽들이 100℃ 이상의 온도에서 외부적으로 가열되고 내부에 상승 블레이드(lifting blade)를 가진 회전 드럼을 포함하는 β-반수화물 플라스터에 수분을 공급하는 장치를 제공하여 플라스터를 안정하게 한다.

본 발명의 실시예는 다음 도면을 참조하여 기술된다:

도 1은 본 발명의 전체 공정의 일반적인 개략도이다;

도 2a 및 2b는 습윤화 장치의 바람직한 실시예를 나타낸다;

도 3은 결합된 습윤/경화 장치의 바람직한 실시예를 나타낸다;

도 4는 결합된 습윤/경화/건조 장치의 바람직한 실시예를 나타낸다.