脱硫石膏的处理工艺对性能的影响.doc

脱硫石膏的处理工艺对性能的影响 黄利榆，林少敏，陈少瑾 （韩山师范学院环境化学应用技术研究所，广东 潮州 521041） 摘 要脱硫石膏的煅烧温度和陈化时间会对石膏浆体的性能产生影响，特别要注意陈化时间过长时，脱硫石膏会吸收过多的水分，出现不凝结的现象。脱硫石膏中所含的可溶性盐等杂质会对石膏浆体的性能产生不利影响，采取水浸过滤的方法可以延长石膏浆体的搅拌时间，改善浆体的性能。 关键词脱硫石膏；煅烧温度；陈化时间；可溶性盐 中图分类号 TQ 177.3+75 文献标识码 B 文章编号 1003-5095(2008）12-0044-03 随着国家可持续发展方针策略的实施，环境资源保护成为重要的课题。近年来，国家不断加强对火力发电厂二氧化硫排放的控制，燃煤电厂烟气脱硫产业也随之兴起。据统计，截止2005年底，建成投产的烟气脱硫机组总容量达5 300万kW，在建脱硫机组总容量为1 800万kW。国内目前烟气脱硫应用最广泛、技术最成熟的是石灰石/石膏湿法脱硫工艺，以机组用煤平均含硫量为1.23%，平均脱硫效率达到92.5%计算，预计到2010年，全国每年可减少二氧化硫排放230万t，待处理脱硫石膏达1 000万t以上1。大量的脱硫石膏如果得不到合理的利用，长期大量的堆积，不仅会对气候、土壤及植物产生影响，而且会给人类健康带来危害。倘若能够将脱硫石膏进行有效的处理，使其在性能上可以接近或代替天然石膏，或者开发出新的利用途径，具有相当大的价值2。因此，如何控制好脱硫石膏的处理工艺对生产优质的石膏产品是非常重要的。本文结合TD发电厂脱硫石膏的实际情况，研究煅烧温度、陈化时间和可溶性杂质等对脱硫石膏性能的影响。1 煅烧温度和陈化时间的影响 一般来说，生产普通石膏的煅烧温度在120180 之间1。分别在140、160和200 对TD发电厂的脱硫石膏进行煅烧脱水，煅烧4 h后铺成薄层在自然环境下进行陈化，记录随陈化时间的增加脱硫石膏重量的变化情况，结果如图1所示。图1不同温度煅烧后的脱硫石膏在陈化过程中重量的变化由图1可以看出，经过不同温度煅烧的脱硫石膏在陈化前6 d这一阶段中重量均明显增加，其中经过200 煅烧的脱硫石膏在开始阶段重量增加较快；陈化6 d后的脱硫石膏重量增加趋于平缓，陈化到 15 d之后脱硫石膏的重量基本不再增加，经200 煅烧的重量增加19.2%，140 煅烧的重量增加16%。 取煅烧后的脱硫石膏，以10.8的膏水比进行搅拌，观察陈化时间为1、2、3、6 d时石膏浆体搅拌时间和凝结性能的变化，结果如表1所示。搅拌时间以石膏与水接触开始计时，均匀搅拌至石膏浆体开始出现明显的黏稠感为止。表1 不同温度煅烧后的脱硫石膏在陈化过程中性能的变化 d1 d2 搅拌时间/s 凝结性能 搅拌时间/s 凝结性能 140 86 强度较好97 强度较好 160 90 强度好 105 强度好 200 102 强度好 126 强度好 d3 d6 搅拌时间/s 凝结性能 搅拌时间/s 凝结性能 140 108 强度一般115 没有强度 160 113 强度好 124 没有强度 200 140 强度较好160 没有强度 从表1可以看出，脱硫石膏随着陈化时间的增加，其搅拌时间也随之增加；在陈化的前几天，石膏浆体凝结正常，而到了第6天石膏浆体开始出现无法凝结的现象。这是因为，正常的石膏在水化的过程中首先由半水石膏部分溶于水，形成饱和溶液，而二水石膏的溶解度远小于半水石膏因而逐渐析出。刚析出的二水石膏晶体先是通过水膜以范德华力相互吸引，随着时间的延长，二水石膏晶核大量生成、长大、晶体间相互接触、交叉、连生而形成一个牢固的结晶结构网，从而得到具有强度的硬化体3。而当陈化的时间逐渐增加，脱硫石膏吸水过多生成大量的二水石膏。当二水石膏晶核大量生成且增大，晶体生长完善后就会失去了使晶体相互接触、交叉、连生而形成一个牢固的结晶结构网的可能，因此石膏浆体无法凝结形成强度。 另外，根据理论计算可以知道，无水石膏全部转化成半水石膏所需的水量约为石膏重量的6.6%，即50 g无水石膏完全生成半水石膏时的重量约为 53.3 g。而从图1可以明显看出，当陈化到第6天时，石膏增加的重量已经远远超出理论所需的水量。这证明石膏在陈化过程中吸收了大量的水生成过多的二水石膏，导致脱硫石膏出现无法凝结的现象。脱硫石膏出现吸水过多的原因一方面与当时的陈化环境有关；一方面与石膏本身的性质有关，如颗粒组成、晶体形貌、所含杂质等。因此，该脱硫石膏在没有进行其他预处理的情况下，直接煅烧所得的石膏产品必须控制好陈化的时间，以防止石膏性能变差。2 可溶性盐等杂质的影响 为研究脱硫石膏中所含的可溶性盐等杂质对其性能的影响，采用水浸过滤的方法进行预处理。样品A1和A2均来自TD发电厂的脱硫石膏，其中样品A1先用水浸泡12 d，并倒去上层的滤液。然后对样品进行加热脱水处理，先在实验室干燥箱80 恒温6 h，再升温到160 恒温4 h，各称取200 g进行陈化。随陈化时间的增加，样品A1和A2的重量变化情况如表2所示。同时，定时抽取样品加水进行搅拌，膏水比为10.8，检测其搅拌时间，观察石膏浆体性能的变化，结果如表3所示。表2脱硫石膏在陈化过程中重量的变化 重量 d0 d4 d5 d6 d7 d8d9 样品A1/g 200.0 201.4 201.5 201.6 201.7 201.8 201.9 样品A2/g 200.0 206.4 206.8 207.8 208.4 209.3 210.0表3脱硫石膏在陈化过程中搅拌时间的变化 搅拌时间 d4 d5 d6 d7 d8 d9 样品A1/s 226 228 232 242 248 243 样品A2/s 96 100 88 95 90 90 由表2可明显看到，经过水浸处理后，样品A1的重量随着陈化时间的增加略有增加，在陈化4 d后变化不大；而没有经过水浸处理的样品A2的重量则随着陈化时间有明显变化，增加的幅度较大，陈化9 d后，其重量增加5%。 由表3可知，样品A1石膏浆体的搅拌时间明显长于样品A2，可以达到4 min左右；而样品A2的搅拌时间较短，在90 s左右。搅拌时间的长短对石膏性能有很大的影响，具有较多小的结晶结构的模具比较大的结晶模具可以提供更硬的表面。延长搅拌时间，可以把正在生成的结晶搅成更小的结晶，从而提高模具的表面强度4。这在实验的过程中也得到验证，当石膏浆体凝结硬化后，经过清水浸滤处理的脱硫石膏的表面强度最好，与生产中使用的青海高强成品石膏相近。 另外，样品A2在陈化9 d后，其石膏浆体会出现不凝结，没有硬化强度的现象，而样品A1却能够正常凝结。可见，脱硫石膏中所含的可溶性盐等杂质对石膏的性能会产生很大的负面影响，因此在利用脱硫石膏制备模具石膏