脫硫石膏作水泥緩凝劑研究

     脫硫石膏是火力發(fā)電廠煙氣脫硫時由SO2和CaCO3反應(yīng)生成的一種工業(yè)副產(chǎn)石膏,主要成分為CaSO4·H2O,還有一些雜質(zhì),如未反應(yīng)完全的碳酸鈣,石灰石中所含有的其它雜質(zhì)和少量鉀、鈉鹽,一般含量不大于0.5%。脫硫石膏產(chǎn)量大,不受天然石膏產(chǎn)地的限制,將其用于水泥生產(chǎn)已引起人們的廣泛關(guān)注。國外已有成功地應(yīng)用脫硫石膏作水泥緩凝劑的經(jīng)驗(yàn),我國近年才有脫硫石膏產(chǎn)出,尚未對其作水泥緩凝劑進(jìn)行過系統(tǒng)研究,本工作針對發(fā)電廠年產(chǎn)30萬噸脫硫石膏綜合利用問題進(jìn)行了深入研究工業(yè)副產(chǎn)石膏作為一種廢棄物會污染環(huán)境。將廢棄物資源化,使用脫硫石膏作水泥緩凝劑是非常有效的途徑。這將給排污單位和水泥廠創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益。材料與實(shí)驗(yàn)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(xué)成分如表1。 

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

天然石膏為灰白色塊狀。

粉煤灰為電廠干排灰,物理性能見表2。

礦渣為水淬高爐礦渣。

    將水泥熟料、石膏及各種混合材按配比要求計(jì)量后在球磨機(jī)中混磨30min,水泥細(xì)度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)測值,水泥0.08mm方孔篩篩余為7.0%～8.2%。復(fù)合水泥細(xì)度2.8%～4.7%。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),對硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣硅酸鹽水泥、復(fù)合水泥的性能進(jìn)行了全面測試。

結(jié)果與討論

     脫硫石膏對硅酸鹽水泥、普通水泥性能的影響

     脫硫石膏對硅酸鹽水泥、普通水泥性能的影響如表3、表4所示,從試驗(yàn)結(jié)果可知,脫硫石膏的摻量大于2.0%時,水泥凝結(jié)時間能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,安定性合格,隨著石膏摻量增大,凝結(jié)時間延長,但強(qiáng)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(qiáng)度比后者高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(dá)不到要求。從上述結(jié)果可知,脫硫石膏可以和天然石膏一樣用于硅酸鹽水泥和普通水泥的生產(chǎn)。 

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(yàn)結(jié)果可知,脫硫石膏能正常調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間,水泥性能正常發(fā)展,尤其是強(qiáng)度指標(biāo)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%,對于低標(biāo)號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(fā)劑的作用,促進(jìn)了水泥強(qiáng)度發(fā)展

脫硫石膏對復(fù)合水泥性能的影響 

      表6是分別摻有礦渣和石灰石、礦渣和粉煤灰混合材的復(fù)合水泥以脫硫石膏作緩凝劑的性能,試驗(yàn)結(jié)果表明,脫硫石膏能夠正常調(diào)節(jié)復(fù)合水泥的凝結(jié)時間,水泥性能優(yōu)良。摻入石灰石的復(fù)合水泥性能明顯優(yōu)于摻入粉煤灰的水泥性能。 

     注:水泥細(xì)度控制在2.8%～4.7%。 

    從上述不同品種水泥的試驗(yàn)結(jié)果可知,脫硫石膏中含有部分未反應(yīng)的CaCO3和部分可溶鹽,如K+、Na+鹽,這些雜質(zhì)的存在有利于加速水泥水化,激發(fā)混合材活性的充分發(fā)揮,加之脫硫石膏細(xì)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(fā)生反應(yīng),能有效調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間。對于礦渣水泥、粉煤水泥和復(fù)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(fā)劑,以及其中含有的CaCO3,對水泥結(jié)構(gòu)性能有提高作用。 

       脫硫石膏的造粒

      粉狀脫硫石膏在運(yùn)輸和生產(chǎn)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將粉狀石膏造粒成型。引進(jìn)的粉狀石膏造粒設(shè)備價格昂貴,難以推廣使用。國內(nèi)曾有人提出以脫硫建筑石膏和脫硫二水石膏各半配成混合料,采用水泥成球盤進(jìn)行成球,這在技術(shù)上是可行的,但在經(jīng)濟(jì)上企業(yè)難以接受的,因?yàn)榫從齽┲?0%的脫硫建筑石膏的價格就已經(jīng)與天然石膏價格相當(dāng)。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(zhì)間自身的架橋作用,毛細(xì)管吸引壓力,附著力,靜電引力和機(jī)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(qiáng)度是評價造粒的主要指標(biāo)。石膏顆粒的破壞荷載要求不小于8kg為宜。

   造粒的方式大致可分兩大類,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(jù)石膏性能,經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)選定了在脫硫石膏中摻入少量膠結(jié)劑,然后壓制成粒的技術(shù)路線,這種膠結(jié)劑對水泥性能無任何影響,混合后的物料經(jīng)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,國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備能夠保證批量生產(chǎn)。經(jīng)測算,造粒后水泥緩凝劑比脫硫二水石膏價格高10～15元/t,即達(dá)到30～35元/t,遠(yuǎn)低于天然石膏50～70元/t的價格。

結(jié)論

     (1)脫硫石膏是由石灰石粉末與二氧化硫反應(yīng)生成的工業(yè)副產(chǎn)品石膏,不含對水泥性能有負(fù)影響的雜質(zhì),適宜作水泥緩凝劑。

     (2)與天然石膏相似,脫硫石膏能正常調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間,摻入3%～5%的脫硫石膏,各品種的水泥凝結(jié)時間均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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

     (4)摻少量膠結(jié)劑后使脫硫石膏壓制成粒,既滿足了運(yùn)輸和生產(chǎn)使用的要求,又不明顯提高其生產(chǎn)成本。

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