摘 要:分析了脱硫石膏的主要成分、应用机理和分类,并研究了替代天然石膏的可行性、对水泥缓凝性能的影响、优点及注意事项。将脱硫石膏用作水泥缓凝剂,可以提高水泥生产企业的经济效益。
关键词:脱硫石膏;水泥;应用;实践
目前,中国的SO2污染主要来源于燃煤烟气中的SO2,而通过烟气脱硫,可以减少SO2的排放量。而现今应用最广泛的脱硫工艺会产生副产物—脱硫石膏,而且数量非常庞大,因此,应对其进行综合利用。有关试验研究显示,将脱硫石膏用于生产水泥,既能节约资源,又可以减少生产成本,从而实现节能减排。
1 概述脱硫石膏
1.1 化学组成
脱硫石膏(CaSO4·2H2O)中,一般含90%以上的CaSO4+CaSO4·2H2O,高于天然石膏的 70%至80%。如表1所示为几种厂家脱硫石膏的化学成分,如果用作缓凝剂,均能满足要求。
1.2 应用机理
在水泥生产中,脱硫石膏的应用机理如下:脱硫石膏是一种工业副产品,由火电厂进行烟气脱硫时,CaCO3与SO2反应所生成,主要为二水硫酸钙,还含一些其他杂质。根据国家倡导的节能环保方针,以及综合利用工业废渣的政策,将脱硫石膏用作缓凝剂进行水泥的生产,既能减少成本,又能变废为宝。
1.3 应用分类
目前,根据煅烧与否,对脱硫石膏进行应用分类:①不煅烧,直接使用;②煅烧(脱水)脱硫石膏,制成熟石膏,再进行利用。第一种情况作为水泥缓凝剂或代替全部的天然石膏进行水泥生产等,第二种情况主要作为建筑石膏或用于石膏硬性胶凝材料的配制。
2 在水泥生产中脱硫石膏的应用
2.1 分析替代可行性
天然石膏(CaSO4·2H2O)的缓凝作用机理为,石膏能快速和Ca(OH) 2、C3A反应,生成水化硫铝酸钙C3A3·CaSO4·Ca(OH)2,它难溶于水,会在沉积C3A表面,进而形成包裹层,阻止C3A进一步发生水化,而降低铝酸盐的溶解度,致使不能分离出铝酸钙的水化产物。所以,决定凝结时间的将不再是C3A,而是C3S胶体溶液,其反应慢,而且随着其浓度的增加,会延缓水泥的凝结。
脱硫石膏主要包括CaSO4·2H2O以及一些少量的亚硫酸盐,其主要成分和天然石膏均为CaSO4·2H2O,而有关研究显示,少量的亚硫酸盐能稍微延缓水泥凝结,而不影响水泥的其它物化性能,通过对熟料配料方案的调整,提高C3A在水泥熟料中的含量,减少水泥凝结时间,进而控制亚硫酸盐的延长作用,能在确保水泥质量的基础上,将脱硫石膏应用到水泥的生产中。
掺入天然石膏或脱硫石膏3%至5%,水泥的各种物理性能均较为相似,而且都与国家标准相符。若掺入3%的脱硫石膏,相较于掺4%、5%的,水泥的凝结时间约延长了35分钟。若掺入4%、5%的天然石膏,相较于掺入等量的脱硫石膏,水泥的凝结时间约延长了30分钟。随着SO3含量的增大,掺脱硫石膏的水泥,其强度进行无规律的改变,而掺天然石膏的水泥,其强度却会略有增加。
在石膏中,CaSO3及可溶性盐,有利于水泥的强度增大以及混合材活性的激发;而CaSO3过量,而且和石膏一起时,水泥的凝结时间易被延长。将脱硫石膏用作缓凝剂生产的水泥,其强度和用天然石膏生产水泥的一样,而且有些品种水泥的强度还会有所提高。
2.2 用作水泥缓凝剂
(1)研究含不同SO3量时,硅酸盐水泥的性质。通过多次重复试验发现,掺入脱硫石膏后的水泥中,含2.5%至3.0%的SO3时,水泥具有较高的强度,与掺等量天然石膏的相比,凝结时间稍长,且比表面积稍大。
(2)混合掺入脱硫石膏及天然石膏时,水泥的性能。通过多次重复试验,将脱硫石膏与天然石膏分别按1∶1、2∶1及1∶2的比例掺入,进行水泥生产,结果显示,水泥性能均较相似,只是凝结时间不同,主要原因为厂家掺入脱硫石膏的量不同而导致的。
(3)掺入脱硫石膏生产水泥的性质。为了验证脱硫石膏对水泥性能的影响,按如表2所示的配比,开展试验。如表3所示为将脱硫石膏用作缓凝剂而生产的普通水泥的性能,可以看出,水泥性能与应用标准完全符合。
2.3脱硫石膏用于水泥生产的优点
2.3.1 易磨、比表面积大
掺入脱硫石膏后,粉磨时间相同时,生产的水泥具有较多的细颗粒,比表面积也较大。相关实践也显示,对于易磨性,脱硫石膏优于天然石膏。
2.3.2 免税
针对废渣资源的免税利用,国家发改委、财政部及税务总局最新政策规定,利用脱硫石膏生产水泥,能免税。
2.3.3 降低成本、增大市场竞争力
水泥企业利润率普遍较低,为了增强市场竞争力,只能降低成本。天然石膏和脱硫石膏的售价一般分别为150元/吨和100元/吨,在水泥中,以掺量为4%进行计算,每吨水泥能减少(150-100)×4%=2元。目前,根据我省水泥行业的政策,每个企业最低按65万吨进行计算,每年大约能减少成本支出65万×2元=130万元,对于水泥企业来说,这是一件变废为宝的大好事。
2.4 注意事项
在利用脱硫石膏生产水泥时,需要注意:①脱硫石膏和熟料的生产厂家不同时,使用前,均应先通过小磨试验,找出最佳掺量;②为了保证掺量稳定,使用前应增大检验频率;③脱硫石膏成球后,强度虽然增大了,但是却存在附着水,应进行加强控制,避免水分过大而导致下料不均,进而影响石膏掺量,不利于水泥的各项性能;④尽量使粉磨后的水泥均化。
3 结 语
总之,对比天然石膏和脱硫石膏发现,它们的物、化学性质及矿物组成均相似。将脱硫石膏用作水泥缓凝剂,水泥性能与应用标准完全符合,而脱硫石膏的成本比天然石膏的要低很多,利用脱硫石膏替换天然石膏,能减少生产成本;而且可以很好的利用固废的脱硫石膏,废物被资源化利用,实现了综合利用脱硫石膏的目的,具有良好的环境效益,能产生可观的社会及经济效益。
参考文献
[1]张文艳.烟气脱硫石膏做水泥缓凝剂的研究[D].河南理工大学,2010.
[2]徐午言.超细石膏粉体改性水泥基材料技术研究[D].西南科技大学,2016.
[3]毛树标.烟气脱硫石膏综合利用分析[D].浙江大学,2005.
论文作者:卢威
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签:石膏论文; 水泥论文; 性能论文; 烟气论文; 强度论文; 时间论文; 亚硫酸盐论文; 《科技新时代》2018年6期论文;