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        利用脫硫石膏制備粉刷石膏砂漿

        2019-11-29 06:52:08戴麗聰
        商品混凝土 2019年10期

        戴麗聰

        (常州市眾華建材科技有限公司,常州 213003)

        0 前言

        我國的濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝從 20 世紀(jì) 90 年代后才開始。1996 年,重慶洛磺電廠投資新建的脫硫石膏裝置,設(shè)計年生產(chǎn)能力 90 萬 t。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國的火電廠及其脫硫裝置的裝機(jī)容量在逐年增加,脫硫石膏的產(chǎn)量也在逐年增長,2000 年我國的脫硫石膏總產(chǎn)量已達(dá) 200 萬 t。到 2012 年末,我國火力電廠的煙氣脫硫機(jī)組容量約為 40000~50000MW,其中有 70% 以上采用濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝。以燃煤含硫量約為 2%、年運(yùn)行 5000h、年脫硫效率以90% 計,屆時年產(chǎn)純度 90%~95% 的脫硫石膏約 850萬 t。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和以煤炭為主要能源的國家,加上我國煤炭的含硫量普遍較高,燃煤中SO2對大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重,因此,對含硫煙氣進(jìn)行脫硫處理已勢在必行。同時,由于脫硫石膏價格低,且綜合利用脫硫石膏可以享受國家的優(yōu)惠政策。因此,企業(yè)可以在綜合利用脫硫石膏產(chǎn)品中進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,取得更大的經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)加大脫硫石膏的利用。本文以脫硫石膏為主,輔以礦渣、水泥等原料,制備石膏基膠凝材料,對脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗研究。

        1 試驗方案

        (1)確定一個石膏基膠凝材料的配合比;測試它所制得的試塊的各項性能,采用 30% 脫硫石膏、30% 礦渣、30% 粉煤灰、9% 水泥、1% 緩凝劑(檸檬酸),測試此最佳稠度需水量,并得出此配比 3 天、7天和 14 天的強(qiáng)度。

        (2)根據(jù)第一種配合比所得的結(jié)果,繼續(xù)調(diào)整,提高脫硫石膏含量,測試制得試塊的性能采用 50%脫硫石膏、40% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑(檸檬酸),測試此配合比在 3 天、7 天和 14 天的強(qiáng)度。

        (3)通過兩種配合比所得結(jié)果,繼續(xù)提高脫硫石膏含量,采用 60% 脫硫石膏、30% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑(檸檬酸),比較此配合比與上兩種強(qiáng)度的關(guān)系,得出試驗所需的最佳脫硫石膏摻量。

        三個配合比見表 1。

        表 1 石膏基膠凝材料配合比

        表 2 脫硫石膏與天然石膏的化學(xué)組成 %

        2 試驗原材料

        2.1 脫硫石膏

        在脫硫過程中,為了提高煙氣脫硫效率,技術(shù)上對用于脫硫的石灰石(或石灰粉)中的氧化鈣含量有較高的要求,這在客觀上保證了脫硫石膏化學(xué)成分的穩(wěn)定。脫硫石膏的主要化學(xué)組成與天然石膏基本相似(見表2),其 CaSO4·2H2O 含量一般在 90% 以上,游離水含量 10%~20%,呈濕粉狀。本文脫硫石膏來自江蘇一火電廠,脫硫石膏過 0.08mm 篩。在試驗所采用的脫硫石膏為半水—脫硫石膏,是一種高強(qiáng)度的建筑石膏,采用前必須對普通脫硫石膏進(jìn)行脫水處理,一般脫硫石膏含水一般在 11%~13% 左右,在半水石膏生產(chǎn)中,經(jīng)烘箱烘 6h 后(烘箱溫度:(185±5)℃)干燥脫出表面水及脫出部分結(jié)晶水才能獲得半水—脫硫石膏,其性能見表 3。

        表 3 半水—脫硫石膏的性能 %

        2.2 礦渣

        礦渣來源常州礦渣廠,過 0.9mm 的方孔篩,篩余物為礦渣結(jié)塊,礦渣成分見表 4。

        表 4 礦渣的成分 %

        2.3 粉煤灰

        粉煤灰一般使用火電廠的Ⅱ級粉煤灰,細(xì)度(0.045mm 篩余)等于 12%;需水量比 95%;含水量0.1%。

        2.4 水泥

        本試驗使用的是海螺 42.5 級普通硅酸鹽水泥,過0.9mm 的方孔篩,基本性能見表 5。

        表 5 水泥的成分

        2.5 緩凝劑

        緩凝劑為市常規(guī)純白色粉末,性能見表 6。

        表 6 緩凝劑的性能

        2.6 水

        常州自來水。

        3 粉刷石膏的配制

        3.1 粉刷石膏的性能要求

        粉刷石膏是以半水石膏為主要膠凝材料配制的砂漿,主要用于室內(nèi)墻體和頂棚的粉刷和找平,具有粘結(jié)力強(qiáng)、不易空鼓開裂,導(dǎo)熱系數(shù)小和防火的性能,而且有良好的呼吸功能的特點(diǎn),是一種適合人居環(huán)境的綠色墻體材料。按照 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,粉刷石膏必須符合表 7 標(biāo)準(zhǔn)。

        表 7 粉刷石膏的性能標(biāo)準(zhǔn)

        3.2 粉刷石膏工作性能研究

        3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗

        試驗結(jié)果見表 8。由表 8 可知,當(dāng)半水脫硫石膏的摻量增加時,用水量也隨之增加,半水—石膏摻量由 30% 增加到 50%,標(biāo)稠用水量增加了 0.6%,當(dāng)半水石膏摻量由 50% 增加到 60% 時,標(biāo)稠用水量提高了3.5%。

        表 8 標(biāo)稠用水量試驗結(jié)果

        3.2.2 凝結(jié)時間試驗

        試驗結(jié)果見表 9。由表 9 可知,3 組配比凝結(jié)時間對比發(fā)現(xiàn)半水—脫硫石膏加入量越多,膠凝材料隨之凝結(jié)時間越快,半水—脫硫石膏反應(yīng)越激烈,但總體凝結(jié)時間相差不大。

        表 9 凝結(jié)時間試驗結(jié)果

        3.3 粉刷石膏力學(xué)性能分析

        通過凈漿試驗,在不同礦渣、半水—脫硫石膏不同摻量情況下,測試抗壓、抗折強(qiáng)度,所得數(shù)據(jù)見表10。

        表 10 力學(xué)性能試驗結(jié)果 MPa

        由表 10 可以看出,當(dāng)半水—脫硫石膏摻量由 30%增加到 50% 時,強(qiáng)度比增加了 2%~6%;當(dāng)半水石膏摻量由 50% 增加 60% 時,強(qiáng)度比增加了 5%~10%,此時強(qiáng)度比增加更加明顯,可見半水—脫硫石膏制備粉刷石膏材料時,半水—脫硫石膏摻量少量增加,隨著脫硫石膏總量增多,強(qiáng)度增加越加明顯。

        脫硫石膏摻量對粉刷石膏材料力學(xué)性能分析:粉刷石膏材料配比中,脫硫石膏所占成份越高,所得配比強(qiáng)度增強(qiáng),礦渣成份越低,配比強(qiáng)度也隨之增強(qiáng),當(dāng)配比為脫硫石膏∶礦渣∶水泥為 6:3:1 時所得的試塊達(dá)到了一個非常高的強(qiáng)度。

        各齡期強(qiáng)度結(jié)果的比較見圖 1。

        圖 1 三種配比強(qiáng)度的對比

        由圖 1 可知,各種配比隨著齡期的增大強(qiáng)度出現(xiàn)不同的改變,配比 1(半水—脫硫石膏 30%)與配比 2(半水—脫硫石膏 50%)的抗壓強(qiáng)度在 3 天為最好,14 天強(qiáng)度有所減弱,呈現(xiàn)的曲線波動大抵相同。對比三種配比,配比 3(半水—脫硫石膏 60%)強(qiáng)度在 3 天時為最強(qiáng),相比于配比 1、2 當(dāng)半水—脫硫石膏成分為60% 時膠凝材料的早期強(qiáng)度很高。通過配比 3 的曲線分析,隨著半水—脫硫石膏成分的增加至 60% 時,隨著齡期的增加膠凝材料在 3 天的時強(qiáng)度達(dá)到最高,7 天和14 天有所減弱,原因在于粉刷石膏材料早期反應(yīng)過于激烈,容易在材料內(nèi)部形成缺陷,以致后期強(qiáng)度下降。對比 3 種配比曲線圖,可知配比 3 為試驗所得的最佳強(qiáng)度,此時強(qiáng)度對比 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)度要求(≥4MPa)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)符合條件。綜上所述,考慮到經(jīng)濟(jì)成本和膠凝材料性能良好兩方面,半水—脫硫石膏的摻量為 60% 為最佳。

        4 結(jié)論

        本文以半水—脫硫石膏為主,輔以礦渣、水泥等原料,制備石膏基粉刷石膏的材料,對半水-脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗研究,通過試驗,得出以下結(jié)論:

        (1)由試驗結(jié)果,可知半水—脫硫石膏比為 60%時 3 天、7 天和 14 天強(qiáng)度均最強(qiáng)。初步確定半水—脫硫石膏 60% 配比時強(qiáng)度最強(qiáng),即脫硫石膏 60%、礦渣30%、水泥 9%、緩凝劑 1% 的配比為最佳配比,此種配合比膠凝材料強(qiáng)度最高。

        (2)試驗中當(dāng)半水—脫硫石膏摻量增加,礦渣的成份減少,用水量也隨之增加,此膠凝材料隨之凝結(jié)時間也隨之變快。

        (3)半水—脫硫石膏制備膠凝材料時,半水—脫硫石膏摻量少量增加,隨著脫硫石膏總量增多,強(qiáng)度增加越加明顯。

        (4)試驗所得最佳配比中隨著齡期的增加,強(qiáng)度開始有所減弱,原因在于石膏基膠凝材料早期反應(yīng)過于激烈,容易在材料內(nèi)部形成缺陷,以致后期強(qiáng)度下降。

        (5)本試驗所得半水—脫硫石膏膠凝材料的性能達(dá)到了 JC/T517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),可以用于粉刷石膏的生產(chǎn)。

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