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煅烧对脱硫石膏性能的影响 高淑娟 (常州工程职业技术学院, 江苏 常州 213164) 作者简介:高淑娟(1971-),黑龙江青冈人,本科,讲师,主要从事混 凝土、砂浆等无机非金属材料的研究。 摘 要: 脱硫石膏是由火力发电厂烟气脱硫产生的工 业废料, 经过处理后可以用来代替天然石膏。 本文以脱硫 石膏为原材料, 研究不同的煅烧温度和时间对脱硫石膏凝 结时间、 抗折、 抗压强度等性能的影响, 最终通过实验发 现脱硫石膏在 180的温度下煅烧 2 h, 得到的建筑石膏物 理性能满足 GB/ T 9776 -2008建筑石膏的要求。 关键词: 脱硫石膏; 煅烧制度; 凝结时间; 强度 中图分类号: TQ177 3文献标志码: B 文章编号: 1672 -4011(2016)10 -0019 -02 DOI: 10 3969/ j issn 1672 -4011 2016 10 012 0 前 言 我国的电力工业的组成结构以需要消耗煤炭的火力发 电为主, 为了解决二氧化硫对环境的破坏, 产生出了发电 厂脱硫项目, 大部分的发电产业都用湿式石灰石 - 石膏法 进行脱硫, 以此来解决这一工业污染问题, 由此产生的脱 硫石膏已经成为继粉煤灰之后的第二大工业废弃物。 脱硫 石膏不仅不能直接使用, 还需要浪费土地进行堆放从而对 周围环境造成不良影响, 脱硫石膏中的硫将会在水和土壤 中溶解并造成二次污染。 目前, 发达国家的脱硫石膏已全面应用于建材行业中, 这些脱硫石膏大多用于生产各种石膏粉, 有的用来制备一 些石膏制品, 也有的用来代替水泥, 在砂浆中作为胶凝材 料使用 1 -2。 这不仅解决了二氧化硫对环境的影响, 还能 为建筑业提供优质的原材料, 可谓一举两得。 尽管脱硫石膏经过处理之后可以作为建筑用材、 加入 水泥作为缓凝剂以及单纯胶凝材料等方面, 但是其在我国 的利用率并不高, 主要原因是我国的天然石膏的储量较大, 并且脱硫石膏有着强度低以及很差的耐水性等致命缺点, 研究脱硫石膏的特性, 了解并掌握脱硫石膏的正确处理方 法, 对于我国的环境保护和资源利用而言, 有着十分重要 的作用, 同时也是保护有限的天然石膏资源的一项重要 举措 3。 1 试验部分 1 1 试验原材料 脱硫石膏: 脱硫石膏是火力发电厂脱硫项目产生的副 产品, 与天然石膏相比, 烟气脱硫石膏的颗粒直径较细, 二水硫酸钙含量较高一般都在 90% 以上, 但是脱硫石膏中 游离水含量很高, 一般在 10%以上, 并且还含有许多杂质, 如煤粉颗粒和小颗粒不完全燃烧的铁, 使得脱硫石膏的颜 色较深。 其主要化学组成如表 1 所示。 表 1脱硫石膏主要化学组成% CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3SO3结晶水 31 572 640 641 000 4642 4119 23 2) 水。 洁净的淡水。 1 2 试验方法 脱硫石膏的含水率比较高, 在堆放的过程中往往会有 部分结块, 这是由于脱硫石膏多余的水分蒸发造成的。 已 经结成块状的脱硫石膏在对它进行干燥和煅烧时, 会因为 内外受热不均匀, 对实验结果的准确性造成影响。 所以煅 烧前, 需要先把脱硫石膏研磨并筛分(脱硫石膏用 0 9 mm 的筛)。 为避免脱硫石膏初始含水率对后续的煅烧造成不良的 影响, 需要先将已经粉磨过的脱硫石膏在 40左右的烘箱 内干燥至少 2 h。 因为脱硫石膏的导热性很差, 干燥时粉料 的厚度不能太厚。 将已经进行干燥处理之后的脱硫石膏粉末试样放置于 烘箱中煅烧, 烘箱的温度分 别 控 制 在 140、 160、 180、 200, 煅烧时间分别设定为 1 5、 2、 3 h。 煅烧完毕后将 试样取出放置冷却, 待试样冷却至室温后, 按照 GB/ T17669 4 -1999建筑石膏 净浆物理性能的测定、 GB/ T17669 3 -1999建筑石膏 力学性能的测定对脱硫石膏 凝结时间、 强度等性能进行测定。 2 结果与讨论 2 1 不同煅烧温度对脱硫石膏性能的影响 对脱硫石膏粉末分别在 140、 160、 180、 200 下进行 煅烧, 煅烧时间定为 1 5 h。 煅烧结束后冷却至室温然后取 样进行试验。 实验数据如表 2 所示。 表 2不同煅烧温度脱硫石膏的性能 煅烧温度 / 凝结时间/ min 初凝终凝 2 h 强度/ MPa 抗折抗压 140510 1605110 640 84 1807131 953 24 2009151 782 05 由表 2 可以看出, 随煅烧温度的升高脱硫石膏试样的 初、 终凝的时间都有或多或少的延长。 脱硫石膏原本为二 水石膏, 拥有两个结晶水, 随着煅烧温度的提高, 二水石 膏逐渐失去结晶水, 转变成半水石膏, 所以煅烧之后的脱 硫石膏就变成了一部分二水石膏和一部分半水石膏(温度越 高半水石膏的含量就越高), 而半水石膏遇水后会发生水化 91 万方数据 反应, 变成二水石膏, 这时想要达到相同的流动度就需要 使用更多的水, 造成标准稠度用水量随着煅烧的温度提高 而增多, 标准稠度用水量的增大也引起了凝结时间的延长。 从表 2 还可以看出, 脱硫石膏的抗折、 抗压强度随着 煅烧温度的升高出现先升后降的现象, 其中 180煅烧的脱 硫石膏在抗折、 抗压强度方面明显高于其他温度煅烧的脱 硫石膏。 而 200 煅烧得到的脱硫石膏试样, 强度不增反 降, 导致这种情况产生的主要原因是无水石膏的生成。 脱 硫石膏在煅烧时会由二水石膏转变为半水石膏, 温度越高 转换的量也就越多, 但是石膏的导热性能差, 煅烧时内外 受热不均匀, 造成早期转化的半水石膏会继续脱去结晶水 变成无水石膏, 无水石膏水化需要更多的水导致试样的抗 折、 抗压强度不增反降。 2 2 不同煅烧时间对脱硫石膏性能的影响 脱硫石膏在不同温度下分别煅烧 2、 3 h, 得到的脱硫 石膏的性能如表 3 4、 图 1 2 所示。 表 3不同煅烧时间脱硫石膏的凝结时间 煅烧时间 / h 煅烧温度 / 标准稠度用 水量/ % 初凝 / min 终凝 / min 2 140 160 180 200 79 83 85 90 4 6 14 10 8 9 18 15 3 140 160 180 200 85 87 88 92 6 11 17 21 9 15 26 33 从表 3 可以看出, 随着煅烧温度、 煅烧时间的增加, 脱 硫石膏的凝结时间不断增加。 原因是煅烧温度越高, 煅烧 时间越长, 转化的效率越高, 生成的半水石膏越多, 标准 稠度用水量也就越大, 凝结时间越长。 当煅烧温度为 200, 煅烧时间 3 h 时, 脱硫石膏的终凝时间为 33 min, 已经超出 GB/ T 9776 - 2008建筑石膏 标准(终凝30 min)的要求。 表 4不同煅烧时间脱硫石膏的强度 煅烧时间 / h 煅烧温度 / 2 h 抗折强度 / MPa 2 h 抗压强度 / MPa 2 140 160 180 200 1 28 1 85 2 55 2 48 1 75 2 57 4 35 3 84 3 140 160 180 200 2 06 2 38 1 55 1 75 2 83 3 52 2 61 2 85 图 1 不同煅烧时间脱硫石膏 2 h 抗折强度 图 2 不同煅烧时间脱硫石膏 2 h 抗压强度 随着煅烧时间、 煅烧温度的增加, 脱硫石膏的强度呈 现先增后减的趋势, 原因是随着煅烧时间、 煅烧温度的增 加, 二水石膏转变为半水石膏的量也就越多, 石膏的强度 增加; 但是当煅烧时间、 煅烧温度达到一定值时, 早期转 化的半水石膏会继续脱去结晶水变成无水石膏, 无水石膏 水化需要更多的水导致试样的抗折、 抗压强度不增反降。 当煅烧温度为 140时, 煅烧时间为 1 5 h 时, 脱硫石 膏试样的抗折抗压没有强度, 随着煅烧时间的延长试样的 抗折抗压强度也在增加, 但是明显低于其他温度下的煅烧 过的脱硫石膏。 其中的主要原因是煅烧的温度太低, 并不 能让二水石膏大量转化为半水石膏。 因此, 140并不适合 作为热处理工艺的煅烧温度, 可以将其排除。 煅烧温度为 160时, 其抗折抗压强度较 140略显增 大, 2 h 时 抗 折 强 度 达 到 1 85 MPa, 抗 压 强 度 达 到 2 57 MPa, 随着煅烧时间延长为 3 h 时, 抗折抗压强度增幅 明显降低, 可以看出, 在此温度下, 二水石膏脱水变为半 水石膏的的转化量还是很有限的, 因此, 160也不适合作 为热处理工艺的煅烧温度。 煅烧温度为 200时, 脱硫石膏试样的抗折抗压强度较 之 160时有很大的提升, 但较之 180时的强度不仅没有 增加反而降低了。 当煅烧时间延长为 3 h 时, 试样的抗折抗 压强度降低的幅度更明显了。 原因是: 脱硫石膏的导热性 差会造成内外温度不一致, 引起性能反常, 此时早期由二 水石膏转脱水转化成的半水石膏继续脱水变成无水石膏, 无水石膏水化需要更多的水, 导致试样的抗折抗压强度不 增反降。 说明 200温度太高了, 对脱硫石膏的煅烧工艺来 说并不是一个合理的温度。 当煅烧温度为 180, 煅烧时间为 2 h 时, 脱硫石膏试 样的抗折、 抗压强度明显超过其他煅烧制度的脱硫石膏。 3 结 论 脱硫石膏脱水转化为半水石膏的转化率与煅烧温度及 煅烧时间有关。 试验发现, 最合理的煅烧温度为 180, 煅 烧时间为 2 h。 在此煅烧制度下获得的脱硫石膏性能为: 初 凝 9 min、 终凝 13 min、 抗折强度 2 55 MPa、 抗压强度 4 35 MPa, 均达到国家标准的要求。ID:003193 参 考 文 献: 1 P. S. Valimbe,V. M. Malhotra. Effects of water content and temper- ature on thecrystallization behavior of FGD scrubber sludgeJ. Fu- el,2002(81):1297 -1304. 2 Kostic - P