許麗麗

0 引言

目前，水泥生產(chǎn)使用的緩凝劑一般以天然石膏為主[1-2]。長(zhǎng)此以往，不僅加劇天然石膏的消耗速度，同時(shí)石膏礦的過(guò)度開(kāi)采必然會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞。電廠的工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏若不能得到有效的處理與利用[3-6]，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。若能利用脫硫石膏來(lái)取代天然石膏作為粉煤灰水泥的緩凝劑[7-8]，不僅保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，也有效的實(shí)現(xiàn)了電廠資源合理利用。

1 關(guān)鍵技術(shù)與目標(biāo)

采集電廠脫硫石膏樣品，通過(guò)在不同的脫硫石膏/天然石膏比與粉煤灰和熟料進(jìn)行小磨試驗(yàn)工作，確定使用脫硫石膏后水泥的最佳配合比及調(diào)控技術(shù)，以保摻入脫硫石膏時(shí)水泥的性能正常穩(wěn)定。根達(dá)到節(jié)約天然石膏礦產(chǎn)資源，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)廢物利用、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2 脫硫石膏取代天然石膏的研究

2.1 脫硫石膏的利用

目前，煙氣脫硫技術(shù)是解決SO2排放造成的污染最直接有效途徑，在眾多脫硫工藝中，濕式石灰石-石膏法應(yīng)用最為廣泛，它的副產(chǎn)物就是脫硫石膏。表1是可由電廠直接提供的部分脫硫石膏的質(zhì)量情況。

表1 不同電廠脫硫石膏質(zhì)量情況

由表1可見(jiàn)，A廠的脫硫石膏粘性大，流動(dòng)性較差；B廠基本上呈干粉狀態(tài)，方便運(yùn)輸；C廠是濕的粘塊狀;D廠則是經(jīng)過(guò)成型的小立方體狀。A廠的濕粉狀脫硫石膏的SO3含量高達(dá)42.98%（純CaSO4?2H2O的SO3為46.5%），但由于含水量高導(dǎo)致的粘性大，流動(dòng)性較差而無(wú)法輸送下料。因此，脫硫石膏能否使用不在于其純度，而在于能否被輸送、計(jì)量。水分高的需要經(jīng)過(guò)烘干、造粒、壓塊或曬干。大量?jī)?chǔ)存應(yīng)建堆棚，避免受潮雨淋。脫硫石膏的水分、SO3含量和顆粒度往往有較大的波動(dòng)，必須進(jìn)行均化處理。目前，同煤集團(tuán)建材公司水泥廠采購(gòu)的脫硫石膏已經(jīng)過(guò)烘干成球處理。

2.2 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

通過(guò)小磨做了25組粉煤灰水泥試驗(yàn)，磨粉磨時(shí)間為25分鐘，其中抗壓強(qiáng)度檢測(cè)按GB/T17671—1999(ISO法)進(jìn)行，水泥凈漿稠度用水量及凝結(jié)時(shí)間按GB/T1346—2001方法檢測(cè)，用GB/T 1345-2005“水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法篩析法”測(cè)定0.045 mm篩余和0.08 mm篩余，勃氏比表面積按GB/T 8074—2008“水泥比表面積測(cè)定方法（勃氏法）”，化學(xué)分析按GB/T 176—2008“水泥化學(xué)分析方法”，結(jié)果見(jiàn)15頁(yè)表2。

表2 脫硫石膏小磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2中整理出脫硫石膏取代率為30%時(shí)的小磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出圖1和圖2。作圖中曲線的趨勢(shì)線，進(jìn)行線性回歸，得回歸公式和相關(guān)系數(shù)R2值。

圖1 煤灰摻量對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響（脫硫石膏取代率30%）

圖2 煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（脫硫石膏取代率30%）

同樣的方法可得出在不同脫硫石膏取代率情況下凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度變化曲線的線性回歸公式，見(jiàn)表3。

表3 凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度變化曲線的線性回歸公式

2.2.1 水泥性能與粉煤灰和熟料摻量的關(guān)系

用粉煤灰取代熟料制造水泥，其凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度與粉煤灰的摻量和采用的石膏種類有很大的關(guān)系。當(dāng)采用100%天然二水石膏、50%天然石膏+50%脫硫石膏或者100%脫硫石膏時(shí)，物理性能變化接近線性，即按一定速率增加或減少，易于控制。對(duì)于脫硫石膏取代率30%和70%的水泥，性能呈非線性變化，難于控制。實(shí)際生產(chǎn)使用石膏時(shí)，宜采用單一品種，或?qū)Π牖鞊健?天和28天抗壓強(qiáng)度曲線的線性回歸公式看，隨脫硫石膏摻量的增加，粉煤灰零摻量強(qiáng)度（趨勢(shì)線截距）和單位粉煤灰抗壓強(qiáng)度下降值增加，但天然石膏∶脫硫石膏比為70∶30和30∶70混摻水泥的試樣例外，這四條趨勢(shì)線的截距和斜率均比較小，離線性差距較大。比較抗壓強(qiáng)度線性回歸公式的截距和斜率，28天抗壓強(qiáng)度下降幅度和速率均大于7天的強(qiáng)度的變化。

2.2.2 脫硫石膏的緩凝作用

在試驗(yàn)之初，發(fā)現(xiàn)脫硫石膏與天然石膏摻量相同時(shí)采用脫硫石膏的水泥凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，利用這一特點(diǎn)試生產(chǎn)了公路工程急需的緩凝水泥。經(jīng)過(guò)全面大量試驗(yàn)后，認(rèn)識(shí)到脫硫石膏緩凝問(wèn)題完全可控。一般情況下，由于脫硫石膏含SO3較高，顆粒較細(xì)，其緩凝作用要強(qiáng)于天然石膏，用脫硫石膏時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少石膏用量。由表3可知，增加熟料用量或者減少粉煤灰摻量可縮短凝結(jié)時(shí)間。使用脫硫石膏后，降低了水泥的生產(chǎn)成本，這種方法也是可行的。

3 試驗(yàn)效果分析

小磨試驗(yàn)結(jié)果表明，在SO3摻量為2.1%～2.5%時(shí)，利用脫硫石膏等量替代天然石膏之后（與用等SO3替代含義不同），水泥0.08 mm篩篩余稍微降低，勃氏比表面積卻明顯提高，初、終凝時(shí)間都有延長(zhǎng)?？梢?jiàn)，使用脫硫石膏后，不僅水泥的3天、7天、28天強(qiáng)度都有提高，抗壓強(qiáng)度也有一定程度的提高。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

試驗(yàn)完成后，依托大同煤礦集團(tuán)公司塔山電廠、王坪電廠和建材公司水泥廠的原料及設(shè)備，進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。分別生產(chǎn)出P·O 42.5水泥和P·C32.5水泥，并對(duì)其0.08 mm篩余、勃氏比表面積、SO3、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間的測(cè)試，同時(shí)開(kāi)展了7天、28天抗折和抗壓強(qiáng)度的測(cè)試。試生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)都在可控范圍內(nèi)，質(zhì)量良好，見(jiàn)表4、5。

表4 P·O42.5水泥加脫硫石膏的工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 P F32.5水泥加脫硫石膏的工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏的緩凝能力要強(qiáng)于天然石膏，單獨(dú)利用脫硫石膏可以制得終凝時(shí)間9.5小時(shí)的粉煤灰水泥，而且其7天和28天抗壓強(qiáng)度比單用天然石膏磨得水泥的相應(yīng)強(qiáng)度要高。用φ500×500 mm小磨磨制的緩凝粉煤灰水泥的配合比和性能見(jiàn)表6。

表6 緩凝粉煤灰水泥配比和性能

根據(jù)開(kāi)發(fā)技術(shù)并結(jié)合公路工程單位的要求，同煤集團(tuán)水泥建材廠生產(chǎn)了終凝時(shí)間為6～7小時(shí)的P·C32.5緩凝水泥，水泥配比：脫硫石膏6.2%、粉煤灰27%、熟料64.8%、石灰石2%。其物理性能見(jiàn)表7。

表7 P·C32.5緩凝水泥大磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

通過(guò)不同含量的脫硫石膏替代天然石膏對(duì)水泥各項(xiàng)性能的實(shí)驗(yàn)研究，找出了脫硫石膏粉煤灰水泥配方的設(shè)計(jì)優(yōu)化原則，成功研發(fā)了制造緩凝粉煤灰水泥的新技術(shù)。研制出P·C32.5緩凝水泥，使電廠的工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏與粉煤灰得到有效的處理與利用。