中圖分類號: TQ172.462 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B 文章編號: 1002- 9877( 2006) 12- 0032- 04
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CaSO4·2H2O, 還含有一些雜質(zhì)。脫硫石膏如不加以利用,不但需要資金和土地建造堆場,而且還污染環(huán)境。使用脫硫石膏作水泥緩凝劑是非常有效的將廢物資源化的途徑, 可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
本文對此進(jìn)行了研究。
1 試驗(yàn)材料及方法
1.1 原材料
試驗(yàn)分別選取了A 熱電廠的濕脫硫石膏(AGS) 、經(jīng)過設(shè)備處理過的干脫硫石膏(AGG) 以及B 熱電廠的濕脫硫石膏(BGS) 。原材料還有水泥熟料、天然二水石膏( TG) 、礦渣、礦粉和石灰石。原材料的化學(xué)分析見表1, 熟料的礦物組成見表2。
對2 種濕脫硫石膏進(jìn)行XRD 分析, 結(jié)果見圖1和圖2。由圖可知, 2 種脫硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O, 還有少量CaCO3、CaSO3 等雜質(zhì), 并且脫硫石膏和天然二水石膏的礦物組成很接近。
1.2 試驗(yàn)方法
濕脫硫石膏因含水分較高, 進(jìn)試驗(yàn)小磨粉磨前將其在自然條件下干燥, 自然條件下干燥的脫硫石膏( 以下簡稱為脫硫石膏) 的含水率(附著水)為0.7%。將水泥熟料、石膏及各種混合材按配比要求計量后在球磨機(jī)中混磨30min, 水泥細(xì)度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求, 按照GB/T1346—2001 進(jìn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性的測定, 按照GB/T17671—1999 測定水泥各齡期強(qiáng)度。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 不同SO3 含量的硅酸鹽水泥性能
控制水泥中SO3 含量分別為2.0% 、2.5% 和3.0%, 制成的硅酸鹽水泥物理性能見表3。
由表3 可以看出, 摻天然石膏時,水泥的各項(xiàng)物理指標(biāo)都相差不太明顯, 只有強(qiáng)度隨著SO3 含量的增加而略有增加。與天然石膏相比, 摻A 熱電廠的干脫硫石膏的水泥, 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有所減少, 強(qiáng)度明顯降低; 摻A、B 熱電廠的脫硫石膏(AGS 和BGS) 的水泥, 比表面積偏大, 凝結(jié)時間大大延長, 強(qiáng)度也較高。
總的看來, A 熱電廠的脫硫石膏緩凝效果最好, B 熱電廠的脫硫石膏次之, A 熱電廠的干脫硫石膏最差;SO3 含量在2.5%～3.0%時水泥強(qiáng)度較高。
2.2 天然石膏和脫硫石膏不同比例時的硅酸鹽水泥性能
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果, 選取水泥SO3 含量為2.7%,天然石膏分別與脫硫石膏(AGS 和BGS) 按1∶1、1∶2、2∶1 比例, 制成的硅酸鹽水泥物理性能見表4。
由表4 可以看出, 天然石膏與脫硫石膏按不同比例制成的各種水泥, 其物理性能差別不大, 只是加A熱電廠脫硫石膏的水泥要比加B 熱電廠脫硫石膏的水泥凝結(jié)時間短一些。
2.3 加天然石膏和脫硫石膏時普通硅酸鹽水泥性能
為了檢驗(yàn)脫硫石膏對摻加混合材的普通硅酸鹽水泥的影響, 將石膏、熟料、礦渣、礦粉和石灰石按表5 所示配比, 制成普通硅酸鹽水泥, 并分別測試物理性能進(jìn)行對比, 結(jié)果見表6。
由表6 可以看出, 完全使用脫硫石膏作水泥緩凝劑制得的普通硅酸鹽水泥, 與脫硫石膏與天然石膏按比例制得的水泥性能相差無幾, 比天然石膏制成的水泥性能略好一些。
3 分析討論
3.1 脫硫石膏對水泥易磨性的影響
由以上試驗(yàn)可以看出, 相同粉磨時間時, 加脫硫石膏的水泥比表面積都明顯偏大。這主要是因?yàn)槊摿蚴嗟囊啄バ员忍烊皇嘁肹1], 而且脫硫石膏已是細(xì)粉狀物料, 對熟料有助磨作用, 所以在相同的時間內(nèi), 磨得的水泥細(xì)顆粒較多, 比表面積明顯偏大。
3.2 脫硫石膏對水泥凝結(jié)時間的影響
從表3 可以看出, 脫硫石膏明顯延長了硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間, 但從表6 可知, 脫硫石膏對普通硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間并無明顯影響。由文獻(xiàn)[2]可知, 亞硫酸鈣超過一定量與石膏共同存在的時候,易引起水泥的凝結(jié)時間延長。XRD 分析也表明2 種脫硫石膏都含有微量的亞硫酸鈣, 因此, 對硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間影響較大。與硅酸鹽水泥相比, 由于混合材的加入, 在普通硅酸鹽水泥中熟料的含量相對的減少了,脫硫石膏對其凝結(jié)時間的影響就不太明顯。另外, 脫硫石膏細(xì)度大, 在水泥中能與水泥顆粒充分接觸, 迅速發(fā)生反應(yīng), 所以更能有效調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間。
3.3 脫硫石膏對水泥強(qiáng)度的影響
從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 濕脫硫石膏在自然條件下干燥后, 制成的水泥的強(qiáng)度都要比用天然石膏稍高一些。因?yàn)槊摿蚴嘀泻胁糠治捶磻?yīng)的CaCO3和部分可溶鹽, 如K 鹽、Na 鹽, 這些雜質(zhì)的存在有利于加速水泥水化, 對促進(jìn)水泥強(qiáng)度發(fā)展, 激發(fā)混合材活性的充分發(fā)揮, 對水泥結(jié)構(gòu)性能都有提高作用[3]。
在雜質(zhì)含量相同情況下, 就脫硫石膏而言沒有參加反應(yīng)的碳酸鈣顆粒一部分以石灰石顆粒形態(tài)單獨(dú)存在,另一部分以核形式存在于二水硫酸鈣中心, 這就增加了有效參與水化反應(yīng)的硫酸鈣顆粒數(shù)量, 使其有效組分高于天然石膏, 而天然石膏雜質(zhì)在水化時一般不能參加反應(yīng), 所以在一定程度上天然石膏性能不及脫硫石膏。
4 工業(yè)試生產(chǎn)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用計劃
在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)使用A 廠的脫硫石膏, 另外加了少量我廠余熱發(fā)電產(chǎn)生的脫硫石膏, 兩者混合經(jīng)自然干燥后使用,在不改變水泥廠現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和工藝條件的情況下,分兩次共生產(chǎn)P·O42.5 水泥約7 000t。第一次主要是與天然二水石膏按1∶1 比例入倉搭配使用, 生產(chǎn)出來的水泥各項(xiàng)指標(biāo)都符合國家標(biāo)準(zhǔn), 結(jié)果見表7、表8中的樣品1; 第二次完全代替天然二水石膏使用, 試驗(yàn)產(chǎn)品各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)同樣均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求, 結(jié)果見表7、表8 中的樣品2。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和兩次的試生產(chǎn)使用情況來看, 已證明了脫硫石膏用作緩凝劑在純度、粒度和微量成分等性能上基本沒有問題。但目前水泥廠使用的幾乎都是天然石膏, 因此, 工廠的設(shè)備也都是為適應(yīng)天然石膏塊的投料而配備的。脫硫石膏含水率比天然石膏高, 具有一定的黏結(jié)性, 在生產(chǎn)中若在磨頭單獨(dú)設(shè)倉下料, 可能會造成結(jié)倉、結(jié)壁和發(fā)生下料堵塞等現(xiàn)象。
我們根據(jù)廠里設(shè)備的實(shí)際情況, 特提出如下應(yīng)用方案計劃:將濕脫硫石膏在堆場晾曬, 在實(shí)施過程中, 嚴(yán)格分區(qū)、分段堆放, 定期將經(jīng)過晾曬水分含量較小的脫硫石膏入庫。同時將相應(yīng)的設(shè)備作調(diào)整: 把石膏下料倉改為光滑的四棱臺鐵皮倉, 并增大下料口, 在倉的四面分別安裝一個振動器, 來保證下料的通暢。
另外, 不對水泥工廠的設(shè)備進(jìn)行改造, 因濕脫硫石膏所含水分較高, 采用壓制造粒工藝, 將其直接壓制成球, 在料棚內(nèi)堆放, 使其自然干燥。自然干燥后的粒狀脫硫石膏能夠在不采取烘干措施的同時, 適應(yīng)水泥正常生產(chǎn)的要求, 也可以解決粉狀脫硫石膏堵塞料倉的問題。這也是一種有效方法。
目前, 我們正在評估各種方法的實(shí)際可行性, 力圖找到不但節(jié)省資金而且最行之有效的方法。
5 結(jié)論
1) 脫硫石膏用作水泥緩凝劑, 在相同的粉磨時間內(nèi), 與天然石膏相比, 制成的水泥比表面積偏大。
2) 脫硫石膏能夠延長硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間, 但對加入混合材的普通硅酸鹽水泥幾乎沒有影響。
3) 與天然石膏相比, 用脫硫石膏制成的水泥強(qiáng)度稍高。
4) 工業(yè)試生產(chǎn)結(jié)果同樣表明, 用脫硫石膏生產(chǎn)的水泥各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均能達(dá)到水泥標(biāo)準(zhǔn)的要求?？偟目磥? 脫硫石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑, 可以用于水泥生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn):
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[3] 叢鋼, 龔七一, 丁宇.脫硫石膏作水泥緩凝劑研究[J]. 水泥,1997, ( 4) : 6- 8.
