（环境工程专业论文）半干法脱硫灰制备生态建材及工艺参数优化.pdf

一 河北科技大学学位论文原创性声明 l i l l ll ii l lil l l r i ii llll y 17 1 4 3 6 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究作所 取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确式标明。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经表或撰写过 的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 卅lo 年s 羁| jb 马办疑 指导教师签名： o 0 年l 旯吩b 心留玲 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 使用学位论文的规定：同意学并向国家 允许论文被查阅和借人授权河北科技 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 忉不保密。 ( 请在以上方框内打“寸) 学位论文作者签名：弓j ，c 显指剥币签名 学位论文作者签名：毒歹刊tg l 指导教师签名，： 2 口厂d 年r 月哆日p d 年f 月夕日 亿营吟 、 摘要 t = ：= = = = = _ _ _ 目= = ：= = = ：= = = = = = ；= = l 目= e = = = = = = = = ；= = = = = ；= = 自_ 目_ l l 目e = ；= ；= = ；= = = = 摘要 半干法脱硫技术具有流程简单、占地面积少、无污水排放等优点，但其副产脱 硫灰生成量较高，组成上以硫酸钙、亚硫酸钙和残余脱硫剂为主，是一潜在的资源， 目前常用的处理方法是直接堆放和填埋，不但造成环境污染，而且浪费有用资源。 因此，对脱硫灰的综合利用研究成为当前急需解决的问题，也成为制约烟气脱硫技 术发展的重要因素。 本文采用碘量法及扫描电镜、x 射线衍射仪、粒度分布、热重差热分析仪等现 代分析测试手段，对三种脱硫灰的化学组成、物理性质、颗粒形貌和热稳定性等理 化特性进行了分析和研究。结果表明： 1 ) 钢厂和电厂脱硫灰化学成分无明显差别，物相成分主要有c a s 0 3 、c a s 0 4 、 c a c 0 3 、刚玉及莫来石等。钢厂脱硫灰c a s 0 3 和m g o 的含量相对低，而c a o 和f e 2 0 3 的含量较高。 2 ) 钢厂半干法脱硫灰的粒径主要分布在7 2 4 8 0 61 t m 之间，其中位径为5 8 3 哪；而电厂脱硫灰的粒径主要分布在2 2 2 6 6 2 4 7 8 3p m 之间，其中位径分别为2 0 6 6 8 眦、2 0 8 1 lg m ，钢厂脱硫灰颗粒直径小于电厂脱硫灰直径。 3 ) 钢厂烧结烟气脱硫狄颗粒为不规则形，呈多孔状颗粒，表面光滑，结构疏松。 通过以脱硫灰、粉煤灰为主要原料，掺加一定量的激发剂、骨料，制备蒸养砖 的研究表明：2 撑灰转试块最优配比为：脱硫灰2 5 ，粉煤灰4 9 ，砂石比2 ：3 的骨 料2 5 ，1 复合激发剂n h 。3 撑最优配比为：脱硫狄4 0 ，粉煤灰3 4 ，砂石比2 ：3 的骨料2 5 ，1 复合激发剂n h 。在最优配方基础上，对影响脱硫灰砖主要工艺参 数进行了研究，确定2 样、3 撑脱硫灰砖的掺水量为2 5 。消化时间分别为3 6h 、2 4h 。 养护制度分别为：养护温度9 0 、9 5 ；养护时间7h 、8h 的条件下，对2 撑脱硫灰 砖进行耐久性实验，其抗冻性、收缩性良好，砖力学性能均符合j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤 灰砖m u l 5 强度等级标准。 在工业化扩大中试验中，通过对制备的标准砖和空心砖进行抗压、抗折强度， 1 5 次冻融循环损失率，干收缩值的测试表明，其各项指标均符合g b t 2 5 4 2 2 0 0 3 砌 墙砖试验方法和j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖中的标准要求。 关键词半干法脱硫灰；理化特性：蒸养砖：强度；工艺参数优化 ， a b s t r a c t 目= | = j = = = = = _ = _ 目z = = 目自j ；目= = = j 目e = = = = = = 篁，i 1 = = ；= = = 昌= = e 目昌= = t = = = = ；，目目矗t j = j 自目自| = e 目| = j l a b s t r a c t s e m i d r yf g dt e c h n o l o g yh a ss o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha ss i m p l ep r o c e s s ，s m a l l s p a c e - o c c u p ya n dn os e w a g ed i s c h a r g e ，b u tt h eo u t p u to fb y p r o d u c t - - - d e s u l f u r i z a t i o na s h i sh i g h e r , w h i c hi sc o m p o s e do fc a l c i u ms u l f a t e ，c a l c i u ms u l f i t ea n dr e s i d u a ld e s u l f u r i z e r e t c d e s u l f u r i z a t i o na s hi sap o t e n t i a lr e s o u r c e ，d i r e c ts t a c k i n ga n dl a n d f i l li st h em a i n l y a p p r o a c h ，w h i c hi sn o to n l yc a u s ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，b u ta l s oaw a s t eo fu s e f u l r e s o u r c e s t h e r e f o r e ，t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fa s ho nd e s u l f u r i z a t i o nr e s e a r c h b e c o m et h ec u r r e n tp r e s s i n gp r o b l e m s ，a n da l s oac o n s t r a i n tt ot h ed e v e l o p m e n to ff l u eg a s d e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r , c h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，p h y s i c a lp r o p e r t i e s ，p a r t i c l eo r p h o l o g y ，t h e r m a l s t a b i l i t yo ft h et h r e ek i n d so fd e s u l f u r i z a t i o na s hw e r ea n a l y s i s e da n ds t u d i e db yo d o m e t r i c m e t h o da n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y , x - r a yd i f f r a c t i o n , p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ，t g d t aa n do t h e rm o d e m a n a l y t i c a lm e t h o d s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 。 1 ) t h e r ei s n os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h et h r e e d e s u l f u r i z a t i o na s h p h a s ec o m p o s i t i o na r em a i n l yc a s 0 3 ，c a s 0 4 ，c a c 0 3 ，c o r u n d u ma n d m u l l i t e ，e t c s t e e ld e s u l f u r i z a t i o na s hh a sl o w e rc o n t e n to fc a s 0 3a n dm g o ，w h i l et h e h i g h e rc o n t e n to fc a o a n df e 2 0 3 2 ) s t e e ld e s u l f u r i z a t i o na s hp a r t i c l es i z ei s7 2 4 8 0 6 9 m ，w i t hm e d i a nd i a m e t e r i s 5 8 3p m ；w h i l et h ep o w e rp l a n td e s u l f u r i z a t i o na s hp a r t i c l es i z ei s 2 2 2 6 6 2 4 7 8 31 t m ， w i t hm e d i a nd i a m e t e r , r e s p e c t i v e l y2 0 6 6 8g m ，2 0 8 11 “m ，t h e r e f o r es t e e ld e s u l f u r i z a t i o n a s hp a r t i c l ed i a m e t e ri sl e s st h a nd i a m e t e ro fp o w e rp l a n td e s u l f u r i z a t i o na s h 3 ) t h e r e s e a r c ho ns t e a m - c u r e db r i c kp r e p a r a t e db yd e s u l f u r i z a t i o na s h ，f l ya s ha s m a i nr a w m a t e r i a l ，a d m i x i n ga c e r t a i na m o u n to fe x c i t a t i o na g e n t ，a g g r e g a t e ， s t u d i e sh a v es h o w nt h a tt h e o p t i m a l r a t i oo f2 4a s ht u r na r ea sf o l l o w s ： d e s u l f u r i z a t i o na s h 2 5 ，f l ya s h 4 9 ，s a n da n dg r a v e la g g r e g a t et h a nt h e2 ：3o f2 5 ，1 o ft h ec o m p o u n da c t i v a t o rn h ；3 。a s ht u r n ：d e s u l f u r i z a t i o na s h 4 0 ，f l ya s h 3 4 ，s a n da n d g r a v e la g g r e g a t et h a nt h e2 ：3o f2 5 1 o ft h ec o m p o u n da c t i v a t o rn h b a s e do nt h e o p t i m a lf o r m u l a ，t h em a i np r o c e s sp a r a m e t e r sw e r es t u d i e d ，w a t e r2 5 ，d i g e s t i o nt i m e 3 6 h ，2 4 h ，c u r i n g7ha t9 0 c ，8 ha t9 5 c 2 4d e s u l f u r i z a t i o ng r a yb r i c k so nt h ed u r a b i l i t yt e s t c a r r i e do u t ：f r o s tr e s i s t a n c ea n ds h r i n k a g eo ft h es t e a m - c u r e db r i c k sp e r f o r mw e l la n dt h e t e c h n i c a l p e r f o r m a n c e c a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t s o fm u15 i n f l y a s hb r i c k ” ( j c 2 3 9 2 0 0 】) 1 1 a b s t r a c t i ni n d u s t r i a l i z e d e x p a n d i n gt e s t ，p r e p a r e ds t a n d a r db r i c ka n dh o l l o wb r i c k sf o r c o m p r e s s i v e ，f l e x u r a ls t r e n g t h ，15t i m e st h el o s sr a t eo ff r e e z e t h a wc y c l e s ，d r ys h r i n k a g e v a l u eo ft h et e s tt h a ti t si n d i c a t o r sa r ei nl i n e w i t h ”p u z z l e w a l lt e s tm e t h o d ” ( g b t 2 5 4 2 - 2 0 0 3 ) a n d ”f l ya s hb r i c k s ”( j c 2 3 9 2 0 0 1 ) k e yw o r d s s e m i d r y d e s u l f u r i z a t i o n a s h ；p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p r o p e r t i e s ； s t e a m c u r e db r i c k ；s t r e n g t h ；o p t i m i z a t i o no fp r o c e s sp a r a m e t e r s 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i l 第1 章绪论一i 1 1 课题研究背景、意义及目的1 1 2 半干法脱硫工艺简介一2 1 2 1 喷雾干燥法( s d a ) 一2 1 2 2 炉内喷钙尾部增湿活化法( l i f a c ) 2 1 2 3 新型一体化脱硫技术( n i d ) 2 1 2 4 气体悬浮吸收烟气脱硫技术( g s a ) 3 1 2 5 循环流化床( c f b ) 3 1 3 国内外脱硫灰资源化利用的研究进展一3 1 3 1 国外脱硫灰利用现状一- 3 1 3 2 国内脱硫灰利用现状一4 1 4 脱硫灰制砖的研究现状一5 1 5 研究内容：6 第2 章半千法脱硫灰成分及特性分析+ 7 2 1 实验原料一7 2 2 实验仪器一7 2 3 实验方法一7 2 3 1 化学成分测定一7 2 3 2 物理性质分析方法一9 2 4 实验结果1 1 2 4 1 化学成分分析1 1 2 4 2 脱硫灰的物理性质1 2 2 4 3 脱硫灰的矿物组成及结构特征1 4 2 4 4 脱硫灰的热稳定性1 6 2 4 5 脱硫灰浸出液微量元素含量1 8 2 2 6 脱硫灰中多环芳烃的组成2 0 2 2 7 脱硫灰电导性能2 2 2 5 本章小结2 2 第3 章半千法脱硫灰制备蒸养砖的研究2 4 i v 目录 3 1 原料、试验设备及试验方法2 4 3 1 1 主要试验原材料2 4 3 1 2 主要试验仪器及设备2 4 3 1 3 制备方法2 5 3 1 4 强度测试方法2 5 3 2 脱硫灰砖强度产生机理2 5 3 3 单因素实验2 5 3 3 1 激发剂的影响。2 6 3 3 2 砂石比的影响2 8 3 3 3 脱硫灰掺量的影响3 0 3 4 最佳配方的确定3 1 3 5 工艺参数的确定3 2 3 5 1 水掺量的确定3 2 3 5 2 消化时间的确定3 3 3 5 3 养护制度的确定3 4 3 6 脱硫灰砖耐久性研究。3 6 3 6 1 冻融实验：3 6 3 6 2 干收缩试验3 8 3 7 本章小结。3 8 第4 章工业化中试扩大试验o - 一4 0 4 1 脱硫灰制砖工业化试验概述4 0 4 2 原料、设备及工艺流程4 0 4 2 1 主要试验原料4 0 4 2 2 试验设备4 0 4 2 3 试验工艺流程4 0 4 3 试验方法4 2 4 3 1 脱硫灰砖的制备4 2 4 3 2 脱硫灰蒸养砖性能测定试验4 2 4 4 试验结果与分析4 4 4 5 蒸养脱硫灰砖的应用j 4 5 4 5 1 使用性能特点4 5 4 5 2 应用技术4 5 4 6 本章总结4 5 结论4 6 v 目录 参考文献4 7 攻读硕士学位期间所发表的论文。5 1 致谢5 2 个人简历5 3 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景、意义及目的 当今世界大气污染是环境问题中突出的一个方面，s 0 2 是世界上量大面广的主要大气污染物 之一，其主要来自燃烧含硫燃料，而我国是世界上最大的煤炭生产和消费大国，燃煤排放的s 0 2 已成为我国重点控制的主要大气污染物。2 0 0 5 年我国s 0 2 排放量为2 5 4 9 4 万吨，是世界上s 0 2 排放大国。s o ，的大量排放，造成我国大气污染及酸雨问题日益严重，目前我国酸雨区面积已占 国土面积的3 0 f 1 1 ，成为世界上继欧洲、北美之后的第三大酸雨区。酸雨和s 0 2 污染的危害是多 方面的，它严重威胁河湖水系和饮用水源、致使土壤酸化、破坏生态环境、腐蚀损坏建筑物、污 染空气危害人体健康。 钢铁生产及燃煤电厂在其热加工过程中消耗大量的燃料和矿石，同时排放大量的s 0 2 污染 物。随着我国“十一五”节能减排工作的深入开展，以实施烟气脱硫为主的s 0 2 减排工作取得了 很大进展，国内相继建成建成投运一大批燃煤电厂和钢铁烧结烟气脱硫工程，其中河北省9 8 4 的燃煤火电机组完成了烟气脱硫任务。河北省是钢铁大省，钢铁行业污染问题比较突出，其s 0 2 排放量所占比例呈逐年上升趋势，钢铁行业脱硫减排工作已成为“十一五”后期和“十二五”s 0 2 减排的重点行业。据不完全统计，河北省现有烧结机3 0 0 余台，烧结机总面积3 10 6 5m 3 ，生产 能力达到3 41 7 1 万吨烧结矿。据河北省环保厅统计，截止2 0 0 9 年底，河北省己建成烧结烟气脱 硫装置4 1 套，涉及烧结机4 6 台，总面积4 4 7 5m 3 ，形成烧结脱硫能力1 3 3 3 万吨。河北省建成 的烧结脱硫装置台数和脱硫能力均位居全国前列。根据河北省工信厅印发的河北省钢铁行业烧结 烟气脱硫工作指导意见，2 0 1 5 年全省要实现全部烧结机脱硫目标。 十一五”以来，伴随国家不断加大对钢铁厂及火电厂s o ：排放的治理力度，国内己研发推 出了许多脱硫技术，其中以燃烧后烟气脱硫( f g d ) 技术为当前大规模商业化应用较为成功的一类 脱硫技术，其按照脱硫过程可以分为湿法、干法和半干法三类。其中半干法脱硫技术是近期发展 快的一类技术，它操作简单、适应性好，脱硫效率高且无污水及酸排放等优点，是目前最受关注 的一类脱硫技术1 2 1 ，在烧结烟气脱硫中得到广泛应用。但该法在脱硫过程中产生了大量的脱硫副 产物一脱硫灰。据河北省减排数据统计，2 0 0 7 年石家庄钢铁有限责任公司采用密相干塔脱硫工 艺对2 台5 0m 2 烧结机实施烟气脱硫，每年产生脱硫灰大约为1 万吨，均免费送水泥厂处置。2 0 0 9 年3 月建成投运的邯郸钢铁集团公司4 0 0m 3 烧结烟气半干法脱硫工程，1 0 个月就产生1 1 2 6 4 万 吨脱硫副产物，并以堆放形式进行储存，没有综合利用途径和出路。邯郸马头电厂7 拌和8 荐机组 于2 0 0 8 年建成脱硫设施，采用烟气循环流化床干法脱硫工艺，两台脱硫机组每年产生的脱硫副 产物达1 3 1 0 5 4 万吨，目前仍未得到妥善处置利用。半干法脱硫工艺产生的脱硫副产物在组成结 构及理化特性方面与湿法脱硫副产物一脱硫石膏有大的差异，不可能用一种统一的方法加以利 用，其组成主要是以亚硫酸钙、硫酸钙、脱硫剂和部分飞灰以及一些附属杂质如氯化钙和氟化钙 1 第1 章绪论 等组成的复杂混合体系，多以堆放和抛弃处置为主【3 卅，对周围环境带来影响，且浪费了资源， 脱硫灰的合理利用对于减少二次污染、废物资源化具有重要意义，因而如何有效对半千法脱硫灰 进行资源化应用是国内外目前重要的研究课题。 目前对于脱硫石膏的利用途径己很成熟，而对半干法脱硫灰的综合利用研究尚不成熟。作 为国家8 6 3 计划重点课题“烧结机烟气半干法脱硫成套化技术与设备”( 课题编号“2 0 0 7 a a 0 6 1 7 0 2 ”) 研究内容组成部分，本课题的主要目的就是以不同企业半干法脱硫灰为研究对象，首先通过现代 化分析手段对脱硫灰的理化特性、热稳定性、活性进行分析，探索其在制备生态建材方面的技术， 大幅度提高脱硫灰综合利用资源化效率，缓解建材对资源、能源的大量消耗和脱硫灰对环境的污 染。这样既可以减少占地面积，又能提高废物利用率，实现环境效益、经济效益和社会效益共赢。 1 2 半干法脱硫工艺简介 半干半湿法烟气脱硫技术具有干法和湿法的特点，是使喷入的石灰浆液与烟气中的s 0 2 反 应，生成亚硫酸钙等，并利用烟气显热使最终产物为干粉状。半干法烟气脱硫技术有很多种，目 前比较成熟的有喷雾干燥法( s d a - 1 - 艺) 、炉内喷钙尾部增湿活化法( l i f a c ) 、新型一体化脱硫 技术( n i d ) 、气体悬浮吸收烟气脱硫技术( g s a 工艺) 和循环流化床( c f b ) 1 7 。 1 2 1 喷雾干燥法( s d a ) 喷雾干燥法是由美国j o y 公司和丹麦n i r o 公司联合开发的。是利用喷雾干燥的原理，在 反应器内将消石灰浆喷成极细的雾状液滴( 4 ，s 4 7 5 - 2 3 62 3 每7 t - 8t 8 - o 6。矗。s 5 0n m 数量级的大孔水中的水，可以看作为 自由水，失去这种水所引起的干缩不大，而当较小的毛细孔和凝胶孔中的自由水则会引起较大的 干收缩。2 ) 吸附水，当试体干燥至3 0 相对湿度时，吸附水大部分失去，这也将引起体积收缩。 3 ) 层间水，层间水只有在强烈干燥时才会失去，失去层间水时水泥石结构明显收缩。4 ) 化学 结合水，它在一般干燥条件下不会失去，只有在水化产物受热分解时才会失去结合水。 3 6 2 1 试验方法 用两端装有球形钉头4 0m m x 4 0m m 1 6 0m m 长条式模进行试样成型，后将试件放置1d 后， 浸入水温为2 0 + l 恒温水槽中，水面应高出试件2 0m m ，保持4d 。将试件从水中取出，用湿 布拭去表面水分和钉头污垢。用比长仪测定初始读数三o ，然后将试件放入温度为5 0 + 1 的鼓风 干燥箱中进行干燥，每隔一天从箱中取出试件测长度一次，当取出试件后应放入2 0 1 冷却箱 中冷却4h 后进行测量。按照上述步骤反复进行干燥、冷却和测量，直至两次测长度误差在o 0 1 m m 范围内时为止，以最后两次的平均值最为干燥后读数三i 。结果按下式计算。 干收缩率( 受) 按式( 3 ) 计算，精确至0 0 1 m m m 。 s t - - ( l o - l i ) x10 0 16 0 ( 3 3 ) 式中 上旷_ 一刀始测量读数，m m ： 三t - - 干燥后测量读数，m m ； 1 6 卜试体有效长度，m m 。 3 6 2 2 试验结果及分析 表3 1 0 脱硫灰砖干收缩性能 t a b 3 - 1 0 d r ys h r i n k a g eo f a s hb r i c k 由表4 7 可以看出，脱硫灰砖试件的干收缩率为0 0 7 1 ，即0 7 1m m m ，小于j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖m u l 5 标准中最小干缩值0 7 5m m m ，所以用脱硫灰制砖具有良好的干收缩性。 3 7 本章小结 1 ) 与其他硫酸盐、碱性激发剂相比较，复合激发剂n h 激发效果更好：骨料中砂石比为2 ： 3 8 第3 章半干法脱硫灰制备蒸养砖的研究 能较好。3 ，添加量为2 5 时脱硫灰砖力学性 2 ) 2 撑最优配比为：脱硫灰2 5 ，粉煤灰4 9 ，砂石比2 ：3 的骨料2 5 ，1 复合激发剂n h ： 3 存最优配比为：脱硫灰4 0 ，粉煤灰3 4 ，砂石比2 ：3 的骨料2 5 ，1 复合激发剂n h 。 3 ) 在以上配比下，对于2 群脱硫灰在水掺量2 5 、消化时间3 6h 、9 0 养护7h 条件下， 而对于3 j 【脱硫灰在水掺量2 5 、消化时间2 4h 、9 5 养护8h 情况下制备的砖力学性能符合 i c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖m u l 5 强度等级标准。 4 ) 对2 撑脱硫灰砖进行耐久性实验，其抗冻性、收缩性良好，符合j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖 m u l 5 强度等级标准。 3 9 第4 章工业化中试扩大试验 第4 章工业化中试扩大试验 4 1脱硫灰制砖工业化试验概述 本试验选择石家庄郊区某脱硫灰制砖厂为试验基地，该厂建、构筑物占地面积10 0 0m 2 ， 堆场占地面积10 0 0m 2 。主要产品为标准砖，其规格为2 4 0 x1 1 5 5 3m m ，孔洞率o ，强度等 级1 5 0m p a ：普通空心砖，规格为2 4 0 1 1 5 x 9 0m m ，孔洞率2 5 ，强度等级1 5 0m p a ，年产 量50 0 0 万块。实行三班制度连续周生产，每年工作日3 0 0d ，一日两班，每班8h ，全年工作时 数48 0 0 h 。每班产砖量达到5 5 万块。 蒸养脱硫灰砖是大量利用脱硫灰的建材之一，它的生产工艺比较简单，尺寸规模与普通砖 一样，因此，在使用时，砌筑施工方法与传统做法大体相同，组织施工方便，便于推广。 对于蒸养脱硫灰砖目前没有统一标准对其质量进行评估，通常按照g b t 2 5 4 2 2 0 0 3 砌墙 砖试验方法和j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖中的一些标准对其进行评估。 4 2 原料、设备及工艺流程 i 4 2 1 主要试验原料 c t )脱硫灰其物理化学性质见第二章。 c 2 ) 粉煤灰应符合j c 4 0 9 9 1 硅酸盐建筑制品用粉煤灰标准，除此之外，还应控制其 含水率在定得范围。因为，含水率偏大，消化时会发生结仓，碾压和成型困难，含水率过低， 会造成混合料消化不完全和碾压时碾轮压不着料，碾压效果不加。 ( 3 )骨料砂子与石子，其中砂子应符合j c 4 0 9 9 1 硅酸盐建筑制品用砂标准，要求中 粗砂，无杂质。 4 2 2 试验设备 1 1s j 4 0 0 0 型搅拌机； 2 ) 9 0 m 3 消化仓； 3 1y z p l 2 0 8 压砖机； 4 1m 2 x 2 1 m 蒸压釜； 5 ) 轮碾机： 6 ) 蒸压小车； 7 ) 各种原料仓。 4 2 3 试验工艺流程 蒸养脱硫灰砖的工艺布置和采用的设备型号有各种形式，但其基本工艺环节都包括：原料 处理、配料、搅拌、消化、轮碾、成型、蒸汽养护。检验存放等工序。其工艺流程如图4 1 所示。 4 0 第4 章工业化中试扩大试验 图4 - 1蒸养砖制备工艺流程 f i g4 - 1 t h ep r o c e s so f s t e a mb r i c kp r e p a r a t i o n 工艺过程简述： ( 1 )原材料储存 脱硫灰，由自卸汽车运入厂内，倒入脱硫灰受料斗，多余的脱硫灰存入脱硫灰仓库中。 粉煤灰，用湿粉煤灰由皮带输送机送至厂堆棚内贮存待用或直接计量。 砂，由汽车运入厂内，倒放在堆棚内。由铲车倒入砂受料斗内，经皮带输送机直接计量。 石子，由汽车运入厂内，经筛选后过大的石子由鄂式破碎机破碎成标准规定大小的颗粒。 存入仓库内以备用。 ( 2 )配料工段蒸养脱硫灰砖的强度及各种性能均是由于各种原料相互作用，生成一定 得水化产物，组成一定的结构而获得的。因此，在生产过程中，要是各组分按规定的配合比进行 配料。 配料的目的就是要使各种原料能均匀、准确地按确定的配合比相互混合，为此选择合适的 计量方法和计量精确的设备与配料方式，保证物料的是必要的，而如何保证物料的均匀性，也应 作为选择配料方式的不可缺少的必要条件，尤其是对于那些数量较少的原料的配料。 所以以上所述各种原料，各自通过料仓下的出料、输送设备的控制，按一定的配比，经各 自计量秤计量后，按砂、粉煤灰、脱硫灰顺序依次卸入双卧轴强制式搅拌机。 ( 3 ) 搅拌搅拌的作用是使物料混合均匀，它是产品获得预期质量和质量均匀的基础。 搅拌加水量应满足粉煤灰与脱硫灰消化及砖坯成型对水量的要求。搅拌时加水应尽量将砖坯成型 所需水量一次加足，是碾压过程中不再加水或少加水。因为搅拌后，混合料经消化，水分可以充 分浸入物料中，而碾压时加入的水分，往往较多地留在颗粒表面，如加水过多，则不利于砖坯成 型，也不利于砖强度的增长。同时，应严格控制加水量。搅拌加水量过少，会造成石灰消化不充 分，达不到消化目的：加水过多，混合料在消化时易于结仓，使生产不能正常进行。 ( 4 ) 消化消化的作用，一是使粉煤灰、脱硫灰中的c a o 充分消解，以便各原料之间 进行反应，并防止蒸养过程中石灰消化引起的体积膨胀，使砖炸裂；二是提高混合料的德可塑性， 4 1 第4 章工业化中试扩大试验 便于成型，这作用称为“陈化”。其消化方式有料仓消化和地面消化。在进行消化时，混合料消 化时间除与消化方式、采用原料不同而有差别外，还应根据原料的细度、气温等因素进行调节。 c s ) 砖坯成型压砖机受料斗将混合料喂入压机模具，经压制成为砖坯，每次成型周期 约2 3 秒，砖坯经验坯工将砖坯码放在蒸养小车上。每个小车可码放1 0 0 0 块砖坯。 成型的要求是：砖坯外形尺寸达到标准要求，减少层裂和缺陷，外观完美；具有足够 的密实度。 c 6 3 养护及存放码好砖坯的蒸养小车由卷扬机拉入蒸压釜内进行养护。养护结束后由 卷扬机将蒸养小车连同制品拉出至釜后轨道上，再将小车运至成品堆场，同时进行外观检验，分 组堆放。 4 3 试验方法 4 3 1 脱硫灰砖的制备 主要原材料的配比为：脱硫灰2 0 2 5 ，粉煤灰4 5 5 0 ，砂石比2 ：3 的骨料2 3 2 8 ，1 复合激发剂n h ，脱硫灰制备蒸养砖的过程如上述工艺流程制的。制备好的蒸养砖力学性能需符 合j c 2 3 9 2 0 0 1 粉煤灰砖m u l 5 强度等级标准。 4 3 2 脱硫灰蒸养砖性能测定试验 4 3 2 1 抗压强度试验 试样为一整块砖，用适当方法将其分成两等份，将两等份断口方向反叠放( 如图4 2 ) ，叠 放部分不得小于1 0c m 。测量砖样叠合部分的长度最小尺寸( 精确至m m ) ，计算受荷面积s ( 以 m m 2 计) 。以5 0 0 7 0 0n s 的速度加荷，直至砖样破坏。读出破坏荷载f 。计算其抗压强度r 压。 图4 - 2 抗压试验时砖块叠放 f i g4 - 2 b r i c k ss t a c k e da st h ec o m p r e s s i v ee x p e r i m e n t 耻詈 ( 4 1 ) 4 2 第4 章工业化中试扩大试验 4 3 2 2 抗折强度试验 抗折强度试样为一块砖。在砖的两大面中间处测量宽度，两条面中间处测量厚度，精确至 m m ，分别取其平均值b 、h 。将砖样平放在材料试验机上，跨距l 为2 0 0m m 如砖有裂纹时，应 使有裂纹之大面朝下，当砖样与支座式加压头接触不良时，应将砖样磨平，以保证其接触良好， 以2 0 3 0n s 的速度在跨距中，已功口荷，直至砖样折断，读出破坏荷载f 。计算抗折强度r 折。 耻熹 ( 4 2 ) 4 3 2 3 抗冻试验 抽取棱角完整无破坏面的砖1 0 块作为试样进行试验。清理砖样表面，浸入1 0 2 0 c 水中， 浸泡4 8h 。然后取出，擦去表面水分，放入温度已降至1 8 c 的冰箱中，按一定方法置放。当温 度再次达到1 8 c 时开始计算。恒温5h ，取出，按一定方法再置于1 0 - 2 0 。c 水中溶解2h 。冻融 各一次，作为一个冻融循环。每隔5 次循环。对砖样进行一次检验。检查条面、顶面上的破坏情 况。一共进行1 5 个循环。 4 3 2 4 干燥收缩试验 仪器设备见图4 3 装置上的百分表量程为1 0m m 。收缩头采用黄铜或不锈钢制作。试件为 2 4 0m m x1 1 5m m x 5 3m m 规格砖_ 组3 块。试验时，在砖试样两端装好缩头，放置1d ，然后 与2 0 。c 1 水中浸泡4d 。浸泡时，试件距离应大于2 0m m 。将试件从水中取出，用湿布擦去 表面水分，探手收缩头。以标准杆确定测试仪原点。测定试件，记录初始长度百分表读数。将试 件放入温度为5 0 c 1 、内放c a c l 2 饱和水溶液( 控制温度) 的干燥箱内进行干燥至少4 4h 。 取出试件，置于冷却箱中冷却至2 0 1 ( 一般需4h ) ，在2 0 1 环境下测试。每2d 按 上述步骤进行干燥、冷却和测试直至两次测长读数差在o 0 1m m 以内。以最后两次读数平均值作 为干燥后读数。 图4 3 砌墙砖收缩仪示意图 4 3 第4 章工业化中试扩大试验 f i 9 4 - 3 b r i c kw a l lb r i c kc o n t r a c t i o na p p a r a t u s 1 测量框架；2 试件；3 试件架；4 百分表：5 支架：6 - 测头：7 - 收缩头 干燥收缩值按下式计算： = j = ：_ 檄。 c 4 - 3 ， 三o + z l 一2 l m o 。 式中4 干燥收缩值，r f l m m 一； 三r 标准杆长度，m m r _ _ 砖的初始读数，m m ； 广- 砖的最终读数，m m ； 上收缩头长度，m m ； 靠一百分表原点，m m 。 4 4 试验结果与分析 通过上述实验方法，得出了脱硫灰制备蒸养砖的最佳配方为：脱硫灰2 5 ，粉煤灰4 9 ， 砂石比2 ：3 的骨料2 5 ，1 复合激发剂n h ，测得了脱硫灰蒸养砖的抗压、抗折强度，1 5 次冻 融循环损失率，干收缩值，其结果如表4 - 1 所示。 表4 1脱硫灰蒸养砖实验结果 tab 4 - 1t h er e s u l t so f s t e a md e s u l f u r i z a t i o na s hb r i c ke x p e r i m e n t a l 由表4 1 可知：在脱硫灰制备蒸养砖工业化扩大试验中，测得的抗压、抗折强度均高于标 准值，其中抗压强度达到1 9 8m p a ，高于m u l 5 强度等级标准1 5 0m p a ；抗折强度为4 9 ，达到 标准要求。1 5 次冻融循环损失率、干收缩值均合格。抗压损失6 3 ，抗折损失5 4 ，干收缩值 为0 6 1m r r d m 。 结论 结论 随着我国控制和削减s 0 2 排放力度的不断加大，烟气脱硫已进入快速发展阶段。半干法脱 硫技术具有流程简单、占地面积少、无污水排放等优点，但其副产脱硫灰生成量较高，如何有效 加以资源化利用已成为当前急需解决的重要课题。本文的目的是研究脱硫灰在制备蒸养砖的最优 配方及参数的优化设计，为其在制备生态建材方面提供技术依据。本文采集不同产地的脱硫灰， 采用x r f 、x r d 、s e m 、激光粒度分析、t g d t a 、比表面积测试仪、电导率仪等测试手段对其 化学成分、物理性质、物相组成、颗粒形貌、热稳定性和导电性能进行了研究，同时测定了灰中 重金属离子、氟离子的溶出特性和p a h s 的含量：探讨了激发剂、砂石比和脱硫灰掺量三个单因 素对脱硫灰制备的蒸养砖抗折、抗压强度的影响，并确定了水掺量、消化时间、养护制度等工艺 参数；最后，进行了脱硫灰制备蒸养砖工业化扩大试验，确定了其试验条件，对蒸养砖的性能进 行了测定。研究结果表明： 1 ) 钢厂和电厂脱硫灰化学成分无明显差别，钢厂脱硫灰c a s 0 3 和m g o 的含量相对低，而 c a o 和f e ：o ，的含量较高：钢厂脱硫灰颗粒直径小于电厂脱硫灰直径。脱硫灰颗粒为不规则形， 呈多孔状颗粒，表面光滑，结构疏松。矿物组成主要有c a s 0 3 、c a s 0 4 、c a c 0 3 、刚玉及莫来石 等。 2 ) 浸出液中的重金属含量均较低，与危险废物鉴别标准( g b5 0 8 5 3 2 0 0 7 ) 相比较，灰 样中各元素的浸出浓度均未超出规