1 引言

脫硫石膏是火力發電廠煙氣脫硫時由SO2和CaCO3反應生成的一種工業副産石膏,主要成分為CaSO4·H2O,還有一些雜質,如未反應完全的碳酸鈣,石灰石中所含有的其它雜質和少量鉀、鈉鹽,一般含量不大于0.5%。脫硫石膏産量大,不受天然石膏産地的限制,将其用于水泥生産已引起人們的廣泛關注。國外已有成功地應用脫硫石膏作水泥緩凝劑的經驗,我國近年才有脫硫石膏産出,尚未對其作水泥緩凝劑進行過系統研究,本工作針對發電廠年産30萬噸脫硫石膏綜合利用問題進行了深入研究。

工業副産石膏作為一種廢棄物會污染環境。将廢棄物資源化,使用脫硫石膏作水泥緩凝劑是非常有效的途徑。這将給排污單位和水泥廠創造好的經濟、社會、環境效益。

2 材料與實驗方法

主要原材料有脫硫石膏、天然石膏、水泥熟料、礦渣、粉煤灰,化學成分如表1。

表1 原材料化學成分

脫硫石膏為灰白色粉末狀,0.045mm方孔篩篩餘1.0%。主要雜質為未反應完全的CaCO3和部分可溶鹽。從化學分析可知,脫硫石膏不含對水化性能有負影響的雜質,适宜作水泥緩凝劑

天然石膏為灰白色塊狀。

粉煤灰為電廠幹排灰,物理性能見表2。

表2 粉煤灰物理性能

礦渣為水淬高爐礦渣。

将水泥熟料、石膏及各種混合材按配比要求計量後在球磨機中混磨30min,水泥細度達到國家标準要求。實測值,水泥0.08mm方孔篩篩餘為7.0%～8.2%。複合水泥細度2.8%～4.7%。依據國家标準,對矽酸鹽水泥、普通水泥、礦渣矽酸鹽水泥、複合水泥的性能進行了全面測試。

3 結果與讨論

3.1 脫硫石膏對矽酸鹽水泥、普通水泥性能的影響

脫硫石膏對矽酸鹽水泥、普通水泥性能的影響如表3、表4所示,從試驗結果可知,脫硫石膏的摻量大于2.0%時,水泥凝結時間能夠滿足标準要求,安定性合格,随着石膏摻量增大,凝結時間延長,但強度變化不明顯。與相同摻量天然石膏的水泥相比,脫硫石膏作緩凝劑的水泥初凝時間有所提前,終凝時間相差不大,強度比後者高5%左右。脫硫石膏摻量在2.5%～4%之間水泥性能較好。摻量低于2%,水泥的緩凝效果達不到要求。從上述結果可知,脫硫石膏可以和天然石膏一樣用于矽酸鹽水泥和普通水泥的生産。

表3 脫硫石膏對矽酸鹽水泥性能影響

表4 脫硫石膏對普通水泥性能影響

注:普通水泥中,礦渣摻量為15%。

表5 脫硫石膏對礦渣水泥、粉煤灰水泥性能影響

3.2 脫硫石膏對礦渣水泥、粉煤灰水泥性能的影響

脫硫石膏對礦渣水泥和粉煤灰水泥性能影響如表5。

從上述試驗結果可知,脫硫石膏能正常調節水泥凝結時間,水泥性能正常發展,尤其是強度指标與天然石膏作緩凝劑的水泥保持在相同水平,有的還會高出5%～7%,對于低标号水泥提高的幅度要大一些,約為10%～20%左右。脫硫石膏在其中不僅作緩凝劑,同時還起到硫酸鹽激發劑的作用,促進了水泥強度發展。

3.3 脫硫石膏對複合水泥性能的影響

表6是分别摻有礦渣和石灰石、礦渣和粉煤灰混合材的複合水泥以脫硫石膏作緩凝劑的性能,試驗結果表明,脫硫石膏能夠正常調節複合水泥的凝結時間,水泥性能優良。摻入石灰石的複合水泥性能明顯優于摻入粉煤灰的水泥性能。

表6 脫硫石膏對複合水泥性能影響

從上述不同品種水泥的試驗結果可知,脫硫石膏中含有部分未反應的CaCO3和部分可溶鹽,如K 、Na 鹽,這些雜質的存在有利于加速水泥水化,激發混合材活性的充分發揮,加之脫硫石膏細度大,在水泥中能與水泥顆粒和混合材顆粒充分接觸,迅速發生反應,能有效調節水泥凝結時間。對于礦渣水泥、粉煤水泥和複合水泥,脫硫石膏既是緩凝劑,同時又是混合材水化時的硫酸鹽激發劑,以及其中含有的CaCO3,對水泥結構性能有提高作用。 注:水泥細度控制在2.8%～4.7%。

4 脫硫石膏的造粒

粉狀脫硫石膏在運輸和生産使用中有諸多不便,所以國外利用脫硫石膏作水泥緩凝劑時都是将粉狀石膏造粒成型。引進的粉狀石膏造粒設備價格昂貴,難以推廣使用。國内曾有人提出以脫硫建築石膏和脫硫二水石膏各半配成混合料,采用水泥成球盤進行成球,這在技術上是可行的,但在經濟上企業難以接受的,因為緩凝劑中50%的脫硫建築石膏的價格就已經與天然石膏價格相當。石膏的造粒過程就是增大粉末粒徑的過程,在此過程中,粉末顆粒通過物質間自身的架橋作用,毛細管吸引壓力,附着力,靜電引力和機械咬合力等的作用形成大粒徑的二次顆粒,二次顆粒的自身強度是評價造粒的主要指标。石膏顆粒的破壞荷載要求不小于8kg為宜。

造粒的方式大緻可分兩大類,一類是靠顆粒間的凝聚力成粒,如盤式成球方法,另一類是靠外力對粉體施壓使其形成顆粒,如碾壓造粒等。第一種成型方式要求物料有較好的塑性,而脫硫石膏塑性很差,不宜采取這種方式。根據石膏性能,經反複試驗選定了在脫硫石膏中摻入少量膠結劑,然後壓制成粒的技術路線,這種膠結劑對水泥性能無任何影響,混合後的物料經壓制成型,壓制所要求的壓力不高,顆粒破壞荷載不小于10kg,能滿足使用要求,國内現有設備能夠保證批量生産。經測算,造粒後水泥緩凝劑比脫硫二水石膏價格高10～15元/t,即達到30～35元/t,遠低于天然石膏50～70元/t的價格。

5 結論

(1)脫硫石膏是由石灰石粉末與二氧化硫反應生成的工業副産品石膏,不含對水泥性能有負影響的雜質,适宜作水泥緩凝劑。

(2)與天然石膏相似,脫硫石膏能正常調節水泥凝結時間,摻入3%～5%的脫硫石膏,各品種的水泥凝結時間均能滿足國家标準的要求。

(3)脫硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性鹽,對促進水泥強度發展,激發混合材活性發揮是有利的。用脫硫石膏作緩凝劑的水泥強度與用天然石膏的水泥相當,部分品種水泥的強度有一定幅度的提高。

(4)摻少量膠結劑後使脫硫石膏壓制成粒,既滿足了運輸和生産使用的要求,又不明顯提高其生産成本。

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