脱硫石膏对水泥性能的影响.doc

脱硫石膏对水泥性能的影响1 引言 脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时由SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4H2O,还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙,石灰石中所含有的其它杂质和少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。脱硫石膏产量大,不受天然石膏产地的限制,将其用于水泥生产已引起人们的广泛关注。国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验,我国近年才有脱硫石膏产出,尚未对其作水泥缓凝剂进行过系统研究,本工作针对发电厂年产30万吨脱硫石膏综合利用问题进行了深入研究。 工业副产石膏作为一种废弃物会污染环境。将废弃物资源化,使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的途径。这将给排污单位和水泥厂创造好的经济、社会、环境效益。2 材料与实验方法 主要原材料有脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、粉煤灰,化学成分如表1。 表1 原材料化学成分 原料CaOSiO2SO3Al2O3MgOFe2O3H2OLoss脱硫石膏31.582.6742.410.641.000.4519.22天然石膏31.504.3041.091.731.301.1516.50水泥熟料65.1020.060.486.582.113.43矿渣39.533.20.1012.504.502.99粉煤灰3.3042.801.0324.801.1021.104.1 脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%。主要杂质为未反应完全的CaCO3和部分可溶盐。从化学分析可知,脱硫石膏不含对水化性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。 天然石膏为灰白色块状。 粉煤灰为电厂干排灰,物理性能见表2。 表2 粉煤灰物理性能 含水率(%)密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)28d抗压强度比(%)0.52570108072.2 矿渣为水淬高炉矿渣。 将水泥熟料、石膏及各种混合材按配比要求计量后在球磨机中混磨30min,水泥细度达到国家标准要求。实测值,水泥0.08mm方孔筛筛余为7.0%8.2%。复合水泥细度2.8%4.7%。依据国家标准,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合水泥的性能进行了全面测试。3 结果与讨论3.1 脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响 脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如表3、表4所示,从试验结果可知,脱硫石膏的掺量大于2.0%时,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格,随着石膏掺量增大,凝结时间延长,但强度变化不明显。与相同掺量天然石膏的水泥相比,脱硫石膏作缓凝剂的水泥初凝时间有所提前,终凝时间相差不大,强度比后者高5%左右。脱硫石膏掺量在2.5%4%之间水泥性能较好。掺量低于2%,水泥的缓凝效果达不到要求。从上述结果可知,脱硫石膏可以和天然石膏一样用于硅酸盐水泥和普通水泥的生产。 表3 脱硫石膏对硅酸盐水泥性能影响 石膏种类掺量(%)标准稠度用水量(ml)初凝(h:min)终凝(h:min)安定性3d强度(MPa)28d强度(MPa)抗折抗压抗折抗压脱硫石膏21200:140:41/2.51201:062:15合格6.135.79.270.331201:052:37合格6.034.99.271.441202:153:05合格6.234.78.969.551202:453:57合格5.934.19.168.7天然石膏21130:110:17/31131:572:34合格5.734.18.967.541122:353:06合格6.135.09.070.151102:553:48合格5.734.58.768.3表4 脱硫石膏对普通水泥性能影响 石膏种类掺量(%)标准稠度用水量(ml)初凝(h:min)终凝(h:min)安定性3d强度(MPa)28d强度(MPa)抗折抗压抗折抗压脱硫石膏31201:452:55合格4.828.98.160.341201:573:05合格4.527.38.161.451202:073:28合格4.626.87.860.2天然石膏31201:573:03合格4.727.97.860.751202:093:15合格4.627.68.262.1 注:普通水泥中,矿渣掺量为15%。 表5 脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能影响 石膏种类掺量(%)活性材掺量(%)初凝(h:min)终凝(h:min)安定性7d强度(MPa)28d强度(MPa)抗折抗压抗折抗压脱硫石膏3矿渣331:472:52合格5.4930.88.3855.442:183:12合格6.6838.78.7257.452:303:24合格6.6638.68.9152.93粉煤灰202:304:10合格7.0542.58.258.542:103:55合格6.9742.08.5761.052:054:05合格7.2144.79.060.53粉煤灰404:307:00合格5.9831.68.9150.144:156:50合格6.2131.78.8550.754:106:55合格6.5734.68.9250.2天然石膏3矿渣331:233:03合格6.7136.18.7560.342:284:20合格6.7535.49.1557.552:454:20合格7.5539.79.5660.45粉煤灰202:504:05合格6.8141.59.1858.25粉煤灰404:527:05合格6.7236.49.652.33.2 脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能的影响 脱硫石膏对矿渣水泥和粉煤灰水泥性能影响如表5。 从上述试验结果可知,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,水泥性能正常发展,尤其是强度指标与天然石膏作缓凝剂的水泥保持在相同水平,有的还会高出5%7%,对于低标号水泥提高的幅度要大一些,约为10%20%左右。脱硫石膏在其中不仅作缓凝剂,同时还起到硫酸盐激发剂的作用,促进了水泥强度发展。3.3 脱硫石膏对复合水泥性能的影响 表6是分别掺有矿渣和石灰石、矿渣和粉煤灰混合材的复合水泥以脱硫石膏作缓凝剂的性能,试验结果表明,脱硫石膏能够正常调节复合水泥的凝结时间,水泥性能优良。掺入石灰石的复合水泥性能明显优于掺入粉煤灰的水泥性能。 表6 脱硫石膏对复合水泥性能影响 脱硫石膏(%)矿渣(%)粉煤灰(%)石灰石(%)初凝(h:min)终凝(h:min)7d强度(MPa)28d强度(MPa)抗折抗压抗折抗压32482:184:076.738.78.257.520122:054:176.435.67.856.417172:385:056.234.77.754.614303:456:075.733.17.253.8 注:水泥细度控制在2.8%4.7%。 从上述不同品种水泥的试验结果可知,脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐,如K+、Na+盐,这些杂质的存在有利于加速水泥水化,激发混合材活性的充分发挥,加之脱硫石膏细度大,在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触,迅速发生反应,能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤水泥和复合水泥,脱硫石膏既是缓凝剂,同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂,以及其中含有的CaCO3,对水泥结构性能有提高作用。4 脱硫石膏的造粒 粉状脱硫石膏在运输和生产使用中有诸多不便,所以国外利用脱硫石膏作水泥缓凝剂时都是将粉状石膏造粒成型。引进的粉状石膏造粒设备价格昂贵,难以推广使用。国内曾有人提出以脱硫建筑石膏和脱硫二水石膏各半配成混合料,采用水泥成球盘进行成球,这在技术上是可行的,但在经济上企业难以接受的,因为缓凝剂中50%的脱硫建筑石膏的价格就已经与天然石膏价格相当。石膏的造粒过程就是增大粉末粒径的过程,在此过程中,粉末颗粒通过物质间自身的架桥作用,毛细管吸引压力,附着力,静电引力和机械咬合力等的作用形成大粒径的二次颗粒,二次颗粒的自身强度是评价造粒的主要指标。石膏颗粒的破坏荷载要求不小于8kg为宜。 造粒的方式大致可分两大类,一类是靠颗粒间的凝聚力成粒,如盘式成球方法,另一类是靠外力对粉体施压使其形成颗粒,如碾压造粒等。第一种成型方式要求物料有较好的塑性,而脱硫石膏塑性很差,不宜采取这种方式。根据石膏性能,经反复试验选定了在脱硫石膏中掺入少量胶结剂,然后压制成粒的技术路线,这种胶结剂对水泥性能无任何影响,混合后的物料经压制成型,压制所要求的压力不高,颗粒破坏荷载不小于10kg,能满足使用要求,国内现有设备能够保证批量生产。经测算,造粒后水泥缓凝剂比脱硫二水石膏价格高1015元/t,即达到3035元/t,远低于天然石膏5070元/t的价格。5 结论 (1)脱硫石膏是由石灰石粉末与二氧化硫反应生成的工业副产品石膏,不含对水泥性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。 (2)与天然石膏相似,