專利名稱：作為煅燒石膏中的汞釋放控制劑的活性炭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在煅燒石膏期間提供汞吸附的方法，其中該方法利用汞吸附劑， 如活性炭和/或其衍生物，以捕獲煅燒期間從石膏中釋放的汞。相關技術的說明人們已經知道發電設備排放的如二氧化硫(SO2)，氮氧化物(NOx)和汞(Hg)對人體 健康和環境產生有害的影響。在美國目前燃煤發電廠是SO2排放的主要原因。為減少SO2 排放，國會通過了 1990年《清潔空氣法修正案》(法令)以調控由發電廠產生的SO2排放。為遵守該法令，發電廠一般采用兩種策略之一來控制SO2排放1)使用高成本，低 硫的煤；或者2)安裝排氣脫硫(FGD)系統以在廢氣流釋放到大氣之前吸收其中的S02。目 前，美國約22%的燃煤發電廠使用FGD系統來達到法定的SO2排放水平，并且該比例預計在 下一個七年中會翻倍，以響應將來的調控。應用最廣泛的FGD系統是使用鈣基吸附劑(如石灰、石灰石)和強制氧化的濕式 除塵器。當載有SO2的廢氣通過FGD系統，當SO2暴露于水和石灰石中時，SO2作為硫酸鈣二 水合物(CaSO4 · 2H20)，碧玄巖(2CaS04 · H2O)和無水石膏(CaSO4)的各種組合形式被吸收。 典型地，沉淀物還包括方解石(CaCO3),和少量的飛灰和碳粒。含有水合形式的硫酸鈣的沉 淀物稱作FGD石膏，或者合成石膏，以便與以天然礦物質形式存在的石膏進行區分，后者實 質上由硫酸鈣二水合物組成。FGD石膏的商業應用包括但不限于，墻板、結構性填充、骨料、 采礦用途、波特蘭水泥、石膏(plaster)、玻璃制造、制藥填料、紙、塑料、樓面系統、燃料添加 劑和農業應用，如土壤穩定化和土壤中和。FGD石膏的一種最常見的應用是墻板生產，其中生FGD石膏在反應器中于250至 380° F煅燒(或燒成石灰)以形成灰泥，該灰泥被進一步再水合并加工成墻板。事實上， 約70%的生F⑶石膏用于商業墻板生產。除SO2之外，痕量的汞也可存在于被濕式FGD系統處理的廢氣中。作為FGD系統 中的石膏沉淀物，部分汞可用FGD石膏捕獲。F⑶石膏中發現的汞一般源自于煤。美國地質勘探局(USGS)已收集世界范圍的包 括7000多個煤樣品的煤信息數據。這些樣品的分析統計顯示平均汞含量為170ppb，最高汞 含量高達1. 8ppm。當煤燃燒時，煤中的汞釋放到廢氣流中。由此產生的“逃逸的”萊，無論或是元素汞 的形式或者離子化的汞，可以利用現有的控制方法捕獲。最常見的方法包括汞吸附劑(如 活性炭)注入到廢氣流中以吸附逃逸的汞，接著通過微粒控制設備隨后捕獲含有汞的活性 炭。盡管活性炭能夠吸附逃逸的汞，但活性炭注入通常需要使用大量的活性炭，其成 本高，并且可能不能充分地從廢棄流中除去所有逃逸的汞。因此，FGD石膏通常包含一定量 的汞，這些汞在煅燒過程中被釋放到環境中。FGD石膏煅燒期間釋放的汞量不同。研究顯示FGD石膏中包含的汞的0. 6%至50% 在煅燒期間被釋放到環境中，取決于FGD石膏的類型和初始汞含量。
盡管活性炭注入在控制煤燃燒產生的汞釋放中是最成熟的技術，然而它還不能用 于控制石膏煅燒期間的汞釋放。如上討論，需要大量的活性炭來捕獲廢氣流中的逃逸汞。然 而，當用于石膏煅燒時，這樣大量的活性炭可能影響所生產的灰泥的質量，包括如灰泥的外 觀、立方體強度、再水合時間以及泡沫產生/退化性質。因此，在由FGD石膏制造墻板時，需要一種提供有效的汞釋放控制的方法。更一般 地說，在石膏煅燒期間，需要一種提供有效的汞釋放控制的方法。此外，在石膏煅燒期間，需 要提供一種有效的汞釋放控制，而基本上不影響所得灰泥的性質。
發明內容
本發明涉及一種用于在煅燒包含汞的石膏期間控制汞釋放的方法。更具體地，本 發明涉及用于控制石膏煅燒期間汞釋放的方法，該方法使汞被安全地保留在灰泥產品中。 本方法包括提供含有汞的石膏，和煅燒反應器；在反應器中提供汞吸附劑，如活性炭和/或 其衍生物；以及在反應器內煅燒石膏以形成灰泥。優選地，灰泥的汞含量基本上接近未煅燒 的石膏的汞含量，同時存在相對少量的汞吸附劑的情況下，灰泥的應用性質基本上保持不 受影響。在精制中，應用性質包括但不限于，立方體強度、再水合時間和溫度，和泡沫產生/ 退化性質及其結合。優選地，石膏選自天然石膏、FGD(或合成)石膏及其混合物。石膏可選擇地包含 其他添加劑或者雜質。在優選的實施方式中，石膏是FGD石膏。石膏在反應器內煅燒形成灰泥。不受任意具體理論的約束，石膏的煅燒除去了至 少一部分起初包含于其中的水分。優選地，本發明的煅燒是批處理，其在密閉的反應器內進 行，如熔爐、窯、釜或者其他封閉設施。其他煅燒工藝，如連續煅燒工藝，也可被利用并視為 屬于本發明的范圍。正常情況下，當在反應器內煅燒石膏時，汞可能以元素汞或者離子化汞的形式釋 放到環境中。然而，通過使用本發明的方法，將汞吸附劑提供在反應器中，用于吸附石膏煅 燒期間釋放的汞。在精制中，汞吸附劑是活性炭或其衍生物。在優選的實施方式中，汞吸附 劑選自活性炭、鹵化活性炭及其混合物。優選地，汞吸附劑是在煅燒石膏之前提供在反應器中，例如在石膏裝入反應器之 前與石膏形成混合物，或者可選地，在煅燒開始之前，將汞吸附劑作為獨立的批量裝到反應 器內。然而，盡管次優選的，汞吸附劑也可以在石膏煅燒期間或者煅燒之后提供到反應器 中。在這種情況下，使用本領域普通技術人員已知的適宜方法或者設備，將汞吸附劑注入或 者噴入反應器內。在煅燒后，汞吸附劑優選地被摻入煅燒產品，即灰泥中，該汞吸附劑含有被吸附的 汞。為評估汞吸附劑在石膏煅燒期間控制汞釋放的有效性，測定灰泥中汞的含量，并與未煅 燒石膏的汞含量進行比較。意料之外的是，發現在煅燒石膏期間，相對少量的汞吸附劑提供 了有效的汞釋放控制。在優選的實施方式中，反應器中提供的汞吸附劑的量是基于裝載在反應器內物質 的總重量的0. 01-2. 00wt%。然而，發現較高量的汞吸附劑也可以提供在反應器中，以實現 類似的或者稍微更好的汞釋放控制，因此也應視為屬于本發明的范圍。然而，使用較高濃度的汞吸附劑可降低本發明方法的成本效益，增加吸附劑/石膏混合物的燃燒性和/或爆 炸性，更重要地，可能不利地影響石膏產品的性質，因為灰泥產品中摻入了較高濃度的吸附 劑。因此，優選的是在本發明的方法中使用低濃度的汞吸附劑，使得灰泥的應用性質，如立 方體強度、再水合時間和溫度、泡沫產生/退化性質，與用相同方法但不含汞吸附劑所生產 的灰泥相比，保持基本不受影響。因為本領域這種應用性質的評價是眾所周知的，并在本發 明中作一般性描述，本領域的普通技術人員在無過度試驗的情況下能夠確定本發明方法中 使用的汞吸附劑的用量限度，以生產具有基本上未受影響的應用性質的灰泥。在一種實施方式中，汞吸附劑是以基于反應器內裝載的物質總重量的約0. 01%至 約2. 00%的量存在。然而，該示范性范圍不應視為本發明范圍的限制。其他濃度，或者低于 0. 01wt%或高于2. 00襯％也是可以使用的，只要該濃度在石膏煅燒期間提供有效的汞釋放 控制，并基本上不影響煅燒產生的灰泥的應用性質。以下將更加詳細地描述本發明用于在煅燒石膏期間提供有效的汞釋放控制，且基 本上不影響灰泥的應用性質的方法的其他優點和特點。雖然本發明僅公開了有限的實施方 式，但對于本領域的普通技術人員來說不同的變化是顯而易見的。附圖簡要說明為了更徹底的理解本發明的方法，現參考附圖，其中
圖1用圖形說明用于煅燒石膏的示范性的反應器；圖2用圖形說明活性炭的微觀視圖(SEM圖像)；圖3用圖形說明溴化活性炭的微觀視圖(SEM圖像)；圖4用圖表說明汞吸附劑對本發明方法生產的灰泥的立方體強度的影響；圖5用圖表說明汞吸附劑對本發明方法生產的灰泥的再水合溫度曲線的影響；圖6用圖表說明汞吸附劑對本發明方法生產的灰泥的泡沫產生性質的影響；圖7用圖表說明汞吸附劑對本發明方法生產的灰泥的泡沫退化性質的影響；當然，應該理解的是本發明不限于此處顯示的具體實施方式
。
具體實施例方式總的來說，本發明涉及一種在反應器內煅燒石膏時提供有效的汞釋放控制的方 法，其中該方法包括在反應器內提供汞吸附劑，并煅燒該石膏以形成灰泥。該灰泥將含有汞 和汞吸附劑。優選地，灰泥的汞含量很接近石膏的汞含量，同時與常規灰泥相比，在吸附劑 和汞存在的情況下，所述灰泥的一個或多個應用性質保持基本不受影響。在優選的實施方 式中，一個或多個應用性質選自立方體強度、再水合時間、再水合溫度，泡沫發生性質、泡沫 退化性質及其結合。在優選的實施方式中，本發明的方法包括在反應器內提供低濃度的汞吸附劑，還 有石膏，并煅燒該石膏以形成灰泥；該灰泥含有的汞含量與未煅燒的石膏的汞含量很接近， 其中汞吸附劑選自活性炭、鹵化活性炭及其混合物。生石膏本發明的被煅燒的石膏是一種包括硫酸鈣二水合物(CaSO4 · 2H20)的物質。該石 膏可包括天然產生的石膏以及FGD石膏，FGD石膏是電廠利用上述討論的燒煤鍋爐通過FGD 系統化學地產生。與實質上由硫酸鈣二水合物組成的天然石膏不同，FGD石膏通常由硫酸鈣二水合物(CaSO4 · 2H20)、碧玄巖(2CaS04 · H2O)、無水石膏(CaSO4)、方解石(CaCO3)和有 限量的飛灰和碳粒組成。生FGD石膏是帶有低水分含量的細粒粉末。為說明本發明，術語“石膏”可包括TOD石膏、天然產生的石膏，以及其他包含至少 一部分硫酸鈣二水合物的物質，其中該石膏還包含在煅燒石膏形成灰泥時需要含有的汞。 為說明本發明，術語“灰泥”用于指煅燒的產品，其包含至少一部分脫水石膏。石膏優選地是小顆粒的形式，如粉末或細粒，以允許對石膏進行均勻和有效的加 熱。在優選的實施方式中，石膏選自天然產生的石膏、FGD(或合成)石膏及其混合物。所 述石膏還包含其他添加劑和雜質。在另一種優選的實施方式中，被煅燒的石膏是FGD石膏。根據本發明的另一方面，該石膏包含汞。優選地，汞是包含于、嵌入或灌入石膏中。 然而，汞也可以散布或涂覆在石膏的表面。石膏中的汞含量隨石膏的來源和組成而變化。煅燒煅燒(calcination，也稱作calcining)是應用于礦石和其他礦物的熱處理過程， 以便產生熱分解、相轉變、或除去揮發性成分。煅燒過程通常在低于產品材料熔點的溫度下 進行。根據本發明，石膏煅燒的溫度和持續時間是可以變化的，取決于石膏的性質、石膏的
量等因素。根據本發明的一個方面，石膏在反應器內被煅燒形成灰泥。不受任意具體理論的 約束，石膏的煅燒除去了至少一部分起初包含于其中的水分。本發明的煅燒可以是批處理， 該處理過程在封閉的反應器如熔爐、窯、釜或其他封閉容器中于約300° F進行約2小時。 在一些實施方式中，煅燒可以多階段、在多反應器中或兩者同時進行。其他的煅燒處理，如 連續煅燒處理或者快速煅燒，也可用于本發明的方法中。參考圖1，用圖形說明一種可用作本發明的煅燒反應器的管式燃燒釜。將常規的物 料輸送器(未示出)設置在釜11中的輸入豎管(riser) 19上，以便向釜11中提供石膏粉。 釜11中還設置混合裝置，用于混合包含于其中的研磨地石膏(ground gypsum)，以避免石 膏粉加熱中的死點。在圖1給出的實施方式中，混合裝置采用中心軸21的形式，該軸安裝 在軸承21a和21b上，并連接到用于旋轉軸21的驅動裝置22上。軸21包括多個水平延伸 的混合刃23、24和25，用于混合釜11中包含的石膏粉。本領域普通技術人員通常所知的其 他混合裝置也可用于提供石膏粉的充分混合。釜11包括釜外殼14，內部的線圈型燃燒器管裝配15，以及外部的浸管式燃燒器 16。燃燒器管線圈15是由釜外殼14內的支架17支撐，并排列成螺旋方式，以便均勻地加 熱包含在其中的石膏粉。浸管式燃燒器16是一種燃燒氣體的燃燒器，其發射火焰到燃燒器 管線圈15中，并使加熱介質(典型地是燃燒氣體和空氣)流過管線圈15，以均勻地加熱釜 外殼14的內容物。所選擇的燃燒器16的具體容量取決于具體的釜需要的輸出溫度和釜的 內部容量，以及其他因素。在操作中，物料輸送器(未顯示)將石膏通過輸入豎管19傳送到釜11內，燃燒器 16和釜11中的燃燒器管15將其中包含的石膏加熱至預定的溫度。在一種實施方式中，釜 11中的石膏被加熱至約250-380° F，優選約300° F的溫度，時間為約2小時。不受任何 具體理論的約束，這種加熱使至少部分石膏脫水形成包含硫酸鈣半水合物的灰泥。然后將 該灰泥轉移出釜11，并可在之后再水合，用于不同的用途，包括墻板制造。當石膏在反應器中煅燒時，石膏中含有的汞可能釋放到環境中，或者它可粘附在
7反應器的內表面，或反應器中各種結構部件的表面。被汞吸附劑吸附的汞不應視為釋放到 環境中的汞，因為汞吸附劑被安全地摻入灰泥中。這樣，通過本發明的技術，FGD石膏中存 在的汞與脫水石膏產品一起被轉移出反應器，而不是進入大氣或環境中。汞吸附劑根據本發明的進一步方面，將汞吸附劑提供在反應器中，用于吸附石膏煅燒期間 釋放的汞。為說明本發明，術語“吸附”指通過吸收或吸附來吸納和保持一種物質的過程。 因此，本發明的汞吸附劑可通過不同的機制吸納和保持石膏煅燒時釋放的汞，這些機制包 括但不限于，將汞保留在吸附劑的表面，將汞捕捉在吸附劑的孔或通道中，以及化學地或物 理地使汞成為吸附劑的一個完整部分。在精制中，汞吸附劑是活性炭或其衍生物。在優選的實施方式中，汞吸附劑選自活 性炭、鹵化活性炭或其混合物。活性炭是一個通用術語，也稱為活性木炭或者活性煤，其涵蓋了主要源于木炭的 炭物質。術語“活性”(activated)有時用“active”代替。無論哪個名稱，活性炭材料具有 異常高的表面積。例如，適用于本發明方法中的一種類型的活性炭和鹵化活性炭的BET表 面積分別是 1580m2/g，1534m2/g(由 ParticleTechnology Labs, Ltd.測定)活性炭及其衍生物典型地包括大量微小的孔或通道，這使它們成為優異的吸附劑 和/或表面活化劑。用于有益用途的充分的吸附或活化作用可能僅來源于高表面積，然而 有時化學處理或者修飾，如鹵化作用或者金屬鍍層，也可用于進一步增加對目標物質的吸 附作用或催化作用。圖2和3分別用圖形說明適用于本發明方法的活性炭和溴化活性炭的 微孔隙。優選地，將汞吸附劑與石膏混合，隨后在石膏被煅燒之前被裝到反應器內。參考圖 1，汞吸附劑可以添加到石膏中，之后將所得的混合物通過豎管19裝入釜11。在另一種實施 方式中，在石膏煅燒期間或煅燒后將石膏提供到反應器內以捕獲釋放的汞。這種提供可以 通過本領域普通技術人員通常知道的方法或裝置來完成。例如，可以將汞吸附劑通過1個 或者多個位于釜外殼14上的注入器或噴霧器注入或噴入釜11中。在一種實施方式中，提供在反應器內的汞吸附劑的濃度為裝入反應器內的物質總 重量的約0.01%至約2. 00%。然而，該示范性的范圍不應視為對本發明范圍的限制。其 他濃度，或者低于0. 01襯％或者高于2. 00wt%，也可在石膏煅燒期間提供足夠的汞吸附作 用。活性炭是一種以許多等級和物理形式獲得的商業產品。例如，活性炭可以獲得自 Sigma-Alrdich公司，商品名Darco ，為顆粒、粉末或濕粉末的形式，并且粒徑高達4_12 目，或者小至100-325目。隨著活性炭及其作為吸附劑的用途被本發明的技術領域熟知，可 以理解的是，當閱讀本發明后，適用于本發明方法的汞釋放控制的活性炭的物理形式或粒 徑對于普通技術人員是顯而易見的。除了活性炭，本發明的汞吸附劑還可包括一種或多種活性炭的衍生物。這些衍生 物包括但不限于，鹵化活性炭或金屬鍍層的活性炭。在活性炭表面至少一部分結合金屬鍍 層，通過形成金屬_汞汞齊來改善其汞吸附作用是本領域所熟知的。此外，活性炭可以被鹵化，如氯化、溴化或碘化以改善其汞吸附性能。這種鹵化的 活性炭可包括一種或者多種形式的鹵素種類，如原子的、自由基的、離子化的或者分子的鹵素種類。不受任意具體理論的約束，這些鹵素種類可以吸附在活性炭上、被活性炭吸收、附 著于活性炭上或者捕獲在活性炭內，并可容易地與汞化學地/物理地相互作用，從而改善 活性炭吸附石膏煅燒期間釋放的汞的能力。活性炭鹵化的方法和裝置是本領域所熟知的。 例如，以下提供了用于制備溴化活性炭的一般方法。將活性炭(5g)置于燒杯中，將5ml HNO3 (70% 強度)，IOml HBr (50%強度；7. 35g Br)和85ml水添加到燒杯中，攪拌該混合物，這些物質在燒杯中反應1小時。通過過濾回收 固體反應物，并用水洗滌，然后在烘箱中于120°C空氣干燥2小時。將干燥的溴化物在氬氣 中于400°C加熱1小時，并冷卻至室溫。由此所得的溴化活性炭備用于本發明的方法。盡管 這是制備溴化活性炭的示范性方法，不過它也適用于制備其他鹵化活性炭。此外，可以理解 的是，用于鹵化活性炭的其他方法對于本領域普通技術人員來說是顯而易見的，因此不應 視為對本發明范圍的限制。除了以上披露的金屬鍍層或鹵化活性炭以外，其他已知的活性炭的修飾也可用于 本發明方法中，并且應視為屬于本發明的范圍。汞釋放控制煅燒之后，脫水石膏優選地實質上由灰泥組成。根據本發明的一個方面，汞吸附 齊U，與吸附在它上面或內部的汞一起摻入灰泥中。如上所討論，可以理解的是，本發明中“汞 釋放” 一般指被釋放到環境而未保留在灰泥中的汞。為評估汞吸附劑在控制石膏煅燒期間的汞釋放的有效性，對灰泥的汞含量進行測 量，并與石膏的汞含量比較。如果兩者汞含量合理地彼此很近似，那么釋放到環境中的汞是 微量的，這反過來表明通過本發明的方法實現了有效的汞釋放控制。意外地，發現低濃度的汞吸附劑能夠對石膏煅燒期間的汞釋放提供有效的控制。 具體地，通過在反應器內提供低濃度的汞吸附劑，所得灰泥的汞含量與未煅燒的石膏中的 汞含量大致相同。在優選的實施方式中，反應器中提供的汞吸附劑的濃度是基于裝在反應器內的物 質總重量的0. 01-2. 00wt%。然而，我們發現更高或更低濃度的汞吸附劑也可以提供在反應 器中，以達到相似或更好的汞釋放控制，因此也應視為屬于本發明的范圍。為評估石膏煅燒期間的汞釋放控制，用不同濃度的活性炭(AC)和溴化活性炭 (BAC)進行實驗室煅燒實驗。三種生rec石膏(FGD A、FGD B和FGD C)用于這些實驗中。 在實驗中，將活性炭或者溴化活性炭(0.025-2wt% )分別添加到生F⑶石膏中。由此得到 的汞吸附劑/石膏混合物在熔爐或釜中于300° F煅燒2小時以生成灰泥。用DMA-80汞分 析儀測定灰泥的汞含量，并與生FGD石膏的汞含量進行比較。這些實驗的結果列于表1中。首先，進行三個基準實驗，以獲得生F⑶石膏的汞含 量。第二，進行6個對照試驗，以獲得不存在汞吸附劑時生成的灰泥的汞含量。最后，對于 每種類型的生FGD石膏，進行第一系列實驗以獲得帶有不同濃度活性炭的灰泥的汞含量， 進行第二系列實驗以獲得帶有不同濃度溴化活性炭的灰泥的汞含量。煅燒期間的汞釋放用汞損失(ML)表示，其定義為ML = (MCgyp-MCstu) /MCgyp X 100%其中MCgyp是生F⑶石膏的汞含量；MCstu是生成的灰泥的汞含量。如果煅燒實驗的 ML是負值或者接近于零，則灰泥的汞含量與生FGD石膏的汞含量很接近，這說明實現了有效的汞釋放控制。如表1所示，在所有6個對照實驗中，灰泥的汞含量明顯低于對應的生FGD石膏 的汞含量(汞損失為2. 18-15.7%)，這證明在不存在汞吸附劑時，發生了大量汞釋放。然 而，通過添加汞吸附劑，煅燒期間的汞釋放可以被顯著地抑制甚至完全消除，通過與對照實 驗比較，汞吸附劑存在的煅燒過程的實驗中顯示汞損失顯著降低，可以清楚地表明該結果 (見表1)。表1AC&BAC對石膏煅燒期間的汞釋放的影響 實驗室煅燒實驗的結果清楚地表明，汞吸附劑提供極好的汞保留，即使在非常低 濃度如0. 025wt%時也是如此。然而，增加汞吸附劑的濃度并不一定改善煅燒期間的汞釋放 控制。因此，使用過量的汞吸附劑可能在經濟上并不是有益的。而且，因為煅燒過程是在相 對高的溫度下進行，包含過量的汞吸附劑可能增加石膏/汞吸附劑混合物的燃燒性和/或 爆炸性，并因此可能出現使用本發明方法的不必要的安全風險。最后，因為汞吸附劑最終被 摻入灰泥中，在煅燒反應器中提供過量的汞吸附劑可能導致灰泥的汞吸附劑含量更高，這 可能不利地影響灰泥的應用性質。因此，本發明方法的一個優點在于僅使用低濃度的汞吸附劑，提供石膏煅燒期間 有效的汞釋放控制，而基本不影響所生成的灰泥的應用性質。總的來說，當煅燒過程的汞損 失低于相應的對照實驗時，就實現了有效的汞釋放控制。優選地，當煅燒過程的汞損失約為 零或者接近零時，就實現了有效的汞釋放控制。還值得注意的是，汞吸附劑的有效性取決于石膏的汞含量。具體地，盡管在煅燒低 汞含量的石膏(如FGD A和B)期間實現了有效的汞釋放控制，但在煅燒高汞含量的石膏 (如FGD C)期間，用相同濃度的汞吸附劑通常不夠有效。在這種情況下，可能需要較高濃度 的汞吸附劑以實現所需要的汞釋放控制。因為提供到反應器中的汞吸附劑優選地基本不影響灰泥的一個或多個應用性質， 提供到反應器中的汞吸附劑的最大濃度可以由本領域普通技術人員根據本發明和本領域 的一般常識來確定，不需要進行不必要的實驗。這種應用性質包括立方體強度、再水合時間 和溫度，灰泥泡沫產生和泡沫退化。灰泥性質_強度
為評估汞吸附劑對灰泥強度的影響，將不同濃度的汞吸附劑分別與FGDA-C混合， 并于300° F下煅燒2小時以形成灰泥。石膏樣品由灰泥和水、淀粉、促進劑和其他添加劑 制成。幾種對照石膏也類似地由灰泥制備，該灰泥是在不存在汞吸附劑的情況下通過煅燒 FGD A-C生成。石膏樣品或對照石膏都在立方體中鑄造。根據本領域技術人員已知的標準 程序測試立方體的強度。
立方體強度測試的結果列于表2，并進一步在圖4中說明，兩者都表明含有汞吸附 劑的灰泥的立方體強度基本上與對照樣品的強度(不含汞吸附劑的灰泥)相似。為說明本 發明，當石膏樣品的立方體強度在對照石膏立方體強度的15%變化范圍內時，就達到基本 相似的立方體強度。在本發明方法的一種實施方式中，提供到煅燒反應器內的汞吸附劑的 濃度并不對該方法產生的灰泥強度產生不利影響。也就是說，含有汞吸附劑的灰泥的立方 體強度是在不含汞吸附劑的灰泥強度的15%變化范圍內。表2汞吸附劑對立方體強度的影響 灰泥的性質-再水合灰泥的另一個重要的應用性質是再水合時間和溫度。在墻板生產期間，灰泥與水 和其他添加劑混合以形成石膏(plaster)。然后將它在模具中鑄造、擠壓，用作表面的厚漿 體，或者疊在紙板之間。添加劑用于改變石膏的密度，并且對于石膏板來說，有助于該石膏 與紙機械地結合。在生產過程中，添加過量水以確保石膏充分再水合重回到二水合物形式，并且為 生產過程提供足夠的流動性。典型地，再水合作用伴隨著溫度的增加和石膏的輕微膨脹。然 后，簡單地通過蒸發作用或者將其加熱到高至250°C并保持多至60分鐘使石膏干燥，除去 過量的水，同時石膏凝固。再水合過程的重要參數包括達到50%再水合所需要的時間，再水 合的硫酸鈣達到最終凝固所需要的時間，以及再水合過程的溫度曲線。為評估汞吸附劑對本發明方法產生的硫酸鈣的再水合作用的影響，進行溫度上升 凝固(TRS)試驗，以測量和記錄再水合時間，凝固時間，以及本發明方法產生的硫酸鈣的再 水合溫度曲線。對于每種生石膏，還針對不存在汞吸附劑的情況下通過煅燒產生的硫酸鈣 再水合進行了對照TRS試驗。用于TRS試驗的石膏配方與立方體強度試驗中所用的相同。將石膏留下通過蒸發 作用干燥，同時在整個再水合過程中監測和記錄上述參數。TRS試驗的結果列于表3，其清 楚地顯示低濃度的汞吸附劑并不會對石膏的50%再水合時間和最終凝固時間產生不利影 響。例如，含有汞吸附劑的石膏的50%再水合時間和最終凝固時間都是在對照石膏的6% 變化范圍內。表30. 1 %活性炭的LG&E和IPL灰泥的TRS數據和結果 再水合過程的溫度曲線也列于表3，并在圖5中進一步說明。含0. 1襯％汞吸附劑 的石膏樣品的溫度曲線與對照石膏(不含汞吸附劑)的溫度曲線很接近。例如，溫度上升 的最大速率，最終的凝固溫度，和石膏樣品總的溫度上升都是在對照石膏的10%變化范圍 內，與使用的汞吸附劑的類型無關。灰泥性質-泡沫產生/退化圖6和圖7顯示汞吸附劑對泡沫產生和退化的影響。兩個圖都顯示汞吸附劑影響 泡沫產生和退化。與對照品(不含汞吸附劑)相比，溴化活性炭產生更多泡沫體積，而活性 炭產生較少。另一方面，它們對泡沫產生和退化的影響是相反的，活性炭與溴化活性炭相比 顯示更好的泡沫退化性能。然而值得注意的是，泡沫產生和退化試驗是用汞吸附劑進 行，這可能高于在石膏煅燒期間提供有效的汞釋放控制所需要的量。盡管僅提出某幾種實施方式，但對于本領域技術人員來說，從以上描述得到替代 的實施方式和各種變化是顯而易見的。這些和其他替代的實施方式視為等同的，并且都屬 于本發明的范圍。
權利要求
一種控制石膏煅燒期間的汞釋放的方法，包括提供石膏和煅燒反應器，該石膏含有汞；在所述煅燒反應器內提供汞吸附劑；在所述反應器內煅燒石膏以形成灰泥；使所述石膏中包含的汞被所述汞吸附劑吸附；和將所述汞吸附劑保留在灰泥中。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述石膏是FGD石膏。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述汞吸附劑選自活性炭、鹵化活性炭及其混合物。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述煅燒石膏是在約300°F進行。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述汞吸附劑是在煅燒石膏之前提供到反應器內。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述汞吸附劑是以基于所述反應器內放入的材料總 重量的約0. 01%至約2. OOwt%的量提供到所述反應器中。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述汞吸附劑保留在灰泥中對所述灰泥的至少一種 應用性質沒有不利影響。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述灰泥的至少一種應用性質選自立方體強度、最 終凝固時間、50%再水合時間、溫度上升的最大速率、最終凝固溫度和總的溫度上升。
9.如權利要求1所述的方法，其中煅燒所述石膏期間的汞損失小于煅燒不含汞吸附劑 的石膏期間的汞損失。
10.如權利要求1所述的方法，其中煅燒所述石膏期間的汞損失不超過約2%。
11.一種控制石膏煅燒期間的汞釋放的方法，包括 提供石膏和煅燒反應器，該石膏含有汞；在所述煅燒反應器內提供汞吸附劑； 在反應器內煅燒所述石膏以形成灰泥；和 將所述汞吸附劑保留在灰泥中；其中，在其他相同的條件下，煅燒所述石膏期間的汞損失小于煅燒不含汞吸附劑的石 膏期間的汞損失。
12.如權利要求11所述的方法，其中煅燒所述石膏期間的汞損失不超過約2%。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述石膏是FGD石膏。
14.如權利要求11所述的方法，其中所述汞吸附劑選自活性炭、鹵化活性炭及其混合物。
15.如權利要求1所述的方法，其中所述汞吸附劑提供到反應器中對所述灰泥的至少 一種應用性質沒有不利影響。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述灰泥的至少一種應用性質選自立方體強度、 最終凝固時間、50%再水合時間、溫度上升的最大速率、最終凝固溫度和總的溫度上升。
17.如權利要求11所述的方法，其中所述灰泥的立方體強度是在不含汞吸附劑所形成 灰泥的參考立方體強度的約15%變化范圍內。
18.如權利要求11所述的方法，其中所述灰泥的最終凝固時間是在不含汞吸附劑所形 成灰泥的參考最終凝固時間的約6%變化范圍內。
19.一種控制石膏煅燒期間的汞釋放的方法，包括提供石膏和煅燒反應器，該石膏含有汞； 將汞吸附劑與所述石膏混合以形成混合物； 將所述混合物進料到所述煅燒反應器中； 在所述反應器內煅燒所述石膏以形成灰泥；和 將所述汞吸附劑保留在所述灰泥中，其中煅燒所述石膏期間的汞損失小于煅燒不含汞吸附劑的石膏期間的汞損失。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述汞吸附劑選自活性炭、鹵化活性炭及其混合 物，并且所述汞吸附劑是以基于反應器內放置的材料總重量的約0. 01至約2. 00襯％的量 提供到所述反應器中。
全文摘要
本發明提供一種在石膏煅燒期間提供有效的汞釋放控制的方法。該方法包括提供反應器和含有汞的石膏；向所述反應器中提供汞吸附劑，如活性炭和/或其衍生物；以及在反應器中煅燒石膏以形成灰泥。石膏中存在的汞污染物在煅燒過程中被汞吸附劑吸附。該灰泥的汞含量基本上與未煅燒石膏的汞含量近似。
文檔編號C04B11/02GK101883743SQ200880114296
公開日2010年11月10日 申請日期2008年10月31日 優先權日2007年11月9日
發明者文琦·欒 申請人:美國石膏公司