脱硫石膏作水泥缓凝剂研究
摘要:研究了利用脱硫石膏作水泥缓凝剂的水泥性能以及脱硫石膏的作用机理。研究表明,脱硫石膏中含有一定量的碳酸钙,掺入脱硫石膏,水泥凝结时间正常,对水泥力学性能和安定性有积极作用,可以代替天然石膏用于水泥生产。此外还研究了脱硫石膏的造粒以及使用脱硫石膏给生产企业带来的显著经济效益。
脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时由SO2 和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4·H2O,还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙,石灰石中所含有的其它杂质和少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。脱硫石膏产量大,不受天然石膏产地的限制,将其用于水泥生产已引起人们的广泛关注。国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验,我国近年才有脱硫石膏产出,尚未对其作水泥缓凝剂进行过系统研究,本工作针对发电厂年产30万吨脱硫石膏综合利用问题进行了深入研究工业副产石膏作为一种废弃物会污染环境。将废弃物资源化,使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的途径。这将给排污单位和水泥厂创造好的经济、社会、环境效益。材料与实验方法主要原材料有脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、粉煤灰,化学成分如表1。
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脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%。主要杂质为未反应完全的CaCO3和部分可溶盐。从化学分析可知,脱硫石膏不含对水化性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。
天然石膏为灰白色块状。
粉煤灰为电厂干排灰,物理性能见表2。
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矿渣为水淬高炉矿渣。
将水泥熟料、石膏及各种混合材按配比要求计量后在球磨机中混磨30min,水泥细度达到国家标准要求。实测值,水泥0.08mm方孔筛筛余为 7.0%～8.2%。复合水泥细度2.8%～4.7%。依据国家标准,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合水泥的性能进行了全面测试。
结果与讨论
脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响
脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如表3、表4所示,从试验结果可知,脱硫石膏的掺量大于2.0%时,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格,随着石膏掺量增大,凝结时间延长,但强度变化不明显。与相同掺量天然石膏的水泥相比,脱硫石膏作缓凝剂的水泥初凝时间有所提前,终凝时间相差不大,强度比后者高5%左右。脱硫石膏掺量在2.5%～4%之间水泥性能较好。掺量低于2%,水泥的缓凝效果达不到要求。从上述结果可知,脱硫石膏可以和天然石膏一样用于硅酸盐水泥和普通水泥的生产。
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脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能的影响 :脱硫石膏对矿渣水泥和粉煤灰水泥性能影响如表5。
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从上述试验结果可知,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,水泥性能正常发展,尤其是强度指标与天然石膏作缓凝剂的水泥保持在相同水平,有的还会高出5%～7%,对于低标号水泥提高的幅度要大一些,约为10%～20%左右。脱硫石膏在其中不仅作缓凝剂,同时还起到硫酸盐激发剂的作用,促进了水泥强度发展
脱硫石膏对复合水泥性能的影响
表6是分别掺有矿渣和石灰石、矿渣和粉煤灰混合材的复合水泥以脱硫石膏作缓凝剂的性能,试验结果表明,脱硫石膏能够正常调节复合水泥的凝结时间,水泥性能优良。掺入石灰石的复合水泥性能明显优于掺入粉煤灰的水泥性能。
注:水泥细度控制在2.8%～4.7%。
从上述不同品种水泥的试验结果可知,脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐,如K+、Na+盐,这些杂质的存在有利于加速水泥水化,激发混合材活性的充分发挥,加之脱硫石膏细度大,在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触,迅速发生反应,能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤水泥和复合水泥,脱硫石膏既是缓凝剂,同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂,以及其中含有的CaCO3,对水泥结构性能有提高作用。
脱硫石膏的造粒
粉状脱硫石膏在运输和生产使用中有诸多不便,所以国外利用脱硫石膏作水泥缓凝剂时都是将粉状石膏造粒成型。引进的粉状石膏造粒设备价格昂贵,难以推广使用。国内曾有人提出以脱硫建筑石膏和脱硫二水石膏各半配成混合料,采用水泥成球盘进行成球,这在技术上是可行的,但在经济上企业难以接受的,因为缓凝剂中 50%的脱硫建筑石膏的价格就已经与天然石膏价格相当。石膏的造粒过程就是增大粉末粒径的过程,在此过程中,粉末颗粒通过物质间自身的架桥作用,毛细管吸引压力,附着力,静电引力和机械咬合力等的作用形成大粒径的二次颗粒,二次颗粒的自身强度是评价造粒的主要指标。石膏颗粒的破坏荷载要求不小于8kg为宜。
造粒的方式大致可分两大类,一类是靠颗粒间的凝聚力成粒,如盘式成球方法,另一类是靠外力对粉体施压使其形成颗粒,如碾压造粒等。第一种成型方式要求物料有较好的塑性,而脱硫石膏塑性很差,不宜采取这种方式。根据石膏性能,经反复试验选定了在脱硫石膏中掺入少量胶结剂,然后压制成粒的技术路线,这种胶结剂对水泥性能无任何影响,混合后的物料经压制成型,压制所要求的压力不高,颗粒破坏荷载不小于10kg,能满足使用要求,国内现有设备能够保证批量生产。经测算,造粒后水泥缓凝剂比脱硫二水石膏价格高10～15元/t,即达到30～35元/t,远低于天然石膏50～70元/t的价格。
结论
(1)脱硫石膏是由石灰石粉末与二氧化硫反应生成的工业副产品石膏,不含对水泥性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。
(2)与天然石膏相似,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,掺入3%～5%的脱硫石膏,各品种的水泥凝结时间均能满足国家标准的要求。
(3)脱硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性盐,对促进水泥强度发展,激发混合材活性发挥是有利的。用脱硫石膏作缓凝剂的水泥强度与用天然石膏的水泥相当,部分品种水泥的强度有一定幅度的提高。
(4)掺少量胶结剂后使脱硫石膏压制成粒,既满足了运输和生产使用的要求,又不明显提高其生产成本。
参考文献 （略）
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