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电厂脱硫石膏制备水泥缓凝剂的研究

文档作者：曹素改1 魏卫东2 韩屹勃2，李倩1，赵风清1 文档来源： 1．河北科技大学 2．鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司		点击数：	更新时间： 2025年04月20日
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粉煤灰综合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATION 201l No．2电厂脱硫石膏制备水泥缓凝剂的研究 Study on Preparation of Cement Retarder from Desulfurization Gypsum曹素改1，魏卫东2，韩屹勃2，李 倩1，赵风清1(1．河北科技大学，石家庄050018；2．鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司，鹿泉050200)摘要：试验以脱硫石膏为主要原材料、改性脱硫石膏为胶结料，添加少母的生石灰和高钙粉煤灰，经压力成型制备水泥缓凝剂。通过1：艺优化，确定了产晶的最佧物料配比，并研究r其应用性能。结果表明：掺加4％改性脱硫石膏缓凝剂能正常调节水泥的凝结时间。项目的实施实现r脱硫石膏的深度资源化利用，降低r产品的牛产成本，应用Iii『景广阔。关键词：脱硫石膏；缓凝剂；水泥；激发剂中图分类号：TU502。TQl72．4+62 文献标识码：A 文章编号：1005．8249(2011)02-0027-03随着火电厂烟气脱硫产业的发展，我国脱硫石膏产量增长迅速。预计2010年之后，我国每年将要排放脱硫石膏近亿吨，其综合利用直接影响着火电厂的经济效益和环境效益。烟气脱硫石膏产品旱浆体状，主要成分为CaSO。·2H：O晶体，含少量碳酸钙和粉煤灰杂质，附着水含量在10％～40％之间，脱硫石膏的粒径较细，一般在5斗m一300uLm之间；干燥脱硫石膏的CaSO。·2H20含量一般为75％～95％，品位优于大多数天然石膏商品…。目前我国的脱硫石膏主要用于生产建筑石膏粉、粉刷石膏、纸面石膏板、石膏砌块等。本研究的目的是优选合适的胶结剂和激发剂，将脱硫石膏改性处理，通过压力成型的方法，对其造粒，制备便于输送和喂料、性能优异的水泥缓凝剂。l原材料及试验方法1．1原材料原材料包括：脱硫石膏(河北华电石家庄分公司南焦电厂湿法脱硫石膏)、矿渣(河北敬、lk集团水淬高炉矿渣)、高钙粉煤灰(河北国华定州电厂高钙粉煤灰)、生石灰(有效氧化钙含量／>68％)、硅酸盐水泥熟料(鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司旋窑熟料)、激发剂(采用市售化工原料配制)。原材料的化学成分见表1。收稿日期：2011-01-20表1 原料化学成分 ／％1．2试验方法脱硫石膏颗粒的制备：将掺有胶结料的脱硫石膏，在水灰比为0．13(基于试验片j脱硫石膏含水率为10％～15％考虑)条件下搅拌均匀，装入自制钢模，经压力机加压成型，成型压力为20 kN左右，成型后在(20±2)℃空气中养护。水泥的制备：将养护好的石膏颗粒与熟料、活性混合材等，按照一定的比例计量，用m500×500 ITlln试验磨粉磨至要求的细度，制成水泥。水泥性能检测：执行GB／T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》和GB／T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。2试验 ●2．1脱硫石膏成型造粒浆体状脱硫石膏含水率高、粘性强，在装载、提升、输送过程易粘附在各种设备上，造成积料堵塞，影响生产正常进行，在运输和生产使用中也易造成扬尘，污染·27·万方数据2011 NO．2粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTlLIZATION环境。因此，国内外通常是将脱硫石膏造粒成型后用作水泥缓凝剂。石膏的造粒过程就是增大粒径的过程，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石膏颗粒。石膏颗粒的自身强度是评价造粒的主要指标，一般要求破坏荷载不小于0．8MPa。石膏造粒的方式大致分为两类，一类是靠颗粒间的凝聚力(如盘式成球)，另一类是靠外力对粉体施压使其形成颗粒(如碾压造粒)。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，不宜采取这种方式口J。根据石膏的性能，经反复试验选定了在脱硫石膏中掺入少量胶结剂后压制成粒的工艺，经验证此胶结剂对水泥性能无不良影响，颗粒破坏倚载不小于1MPa，能满足水泥生产工艺的要求。2．1．1 成型压力对石膏颗粒强度的影响 脱硫石膏经煅烧改性具有一定的胶结性，能改善脱硫石膏颗粒的强度，石膏颗粒压制过程中成型压力也将影响其强度。图1为掺加经160℃2。5煅烧脱硫石膏20％的石，2膏颗粒抗压强度随成型了t s压力变化的试验结果。 孥t由图l可见，提高成毒o．5型压力可提高脱硫石膏 。理的脱硫石膏中，制得的 掺鬣／％石膏颗粒抗压强度试验图2煅烧温度及掺量对石膏颗粒结果见图2。 强度的影响 ．由图2可见，随着煅烧脱硫石膏掺量的增加，脱硫石膏颗粒强度均逐渐提高。煅烧脱硫石膏在脱硫石膏中起到良好的胶结剂作用，除掺加径120。C煅烧处理的脱硫石膏，其余脱硫石·28·膏颗粒强度显著提高，脱硫石膏颗粒强度最终可由未掺煅烧脱硫石膏的0．5MPa提高到4MPa，可达到类似天然块状石膏运载、喂料效果。脱硫石膏煅烧温度过低(如120。C)，会导致CflS04·2H，0相变不充分，仅有部分半水石膏生成，胶粘性不足，因而脱硫石膏粒强度提高不明显，而煅烧温度达到160。C时，生成大量半水石膏，试件强度显著提高，进一步提高煅烧温度，尽管能使CaSO。·2H：0全部脱水生成半水石膏，但其作为胶粘剂对脱硫石膏颗粒强度的贡献幅度趋于平缓。因而，从技术参数和节约能耗综合考虑，煅烧脱硫石膏适7亢煅烧温度为1 60。C。2．1．3生石灰对脱硫石膏造粒强度的影响生石灰作为胶凝材料用于脱硫石膏造粒，除可以吸附游离水和胶粘作用外，还可以通过水化反应增加体系中的Ca2+含量，与水泥中活性混合材等物料发生二次火山灰反应，增加体系中Ca2+ ¨1．6 浓度，调节碱度。 叠-t由图3可以看出，随奋t生石灰掺量增加石膏颗享00 e：翟 y粒强度逐渐增加，生石灰 ；i水硬活性，其中大量的 。4Ca¨，与水反应可形成具墨1：享有胶凝性矿相，因而可作奁08为粉状脱硫石膏的胶结至。。矮o 6材料。试验采用煅烧石0 2膏6％、生石灰3％，高钙 o a e a 10粉煤灰掺量为变量，成型 掺繁伟压力20kN。 图4高钙粉煤灰掺量对造粒由图4可知，适当掺 强度的影响加高钙粉煤灰有利于造粒强度的提高，粉煤灰掺量为6％时，强度增加45％，掺量为8％时其强度增加80％，达到1．25MPa，后续增幅减缓。高钙粉煤灰的使用，除了可以作为胶凝材料胶结粉状石膏，减少生石灰万方数据粉煤灰综合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATION 201 1 NO．2用量，充分利用高钙粉煤灰中氧化钙，还可以在水泥水化过程中，发挥高钙粉煤灰高活性特点，增加水化产物，提高水泥的早期强度。综上所述，确定脱硫石膏制备水泥缓凝剂，成型造粒压力为20kN，优化的物料配比为：脱硫石膏83％，煅烧石膏6％，高钙粉煤灰8％，生石灰3％。2．2改性脱硫石膏量对水泥性能的影响按照上述试验确定的配比制备改性脱硫石膏颗粒水泥缓凝剂配比，调整不同的掺量，粉磨制成水泥，以确定最优的改性脱硫石膏缓凝剂掺量，掺量控制范围为2％～5％。由图5和图6可以看出，改性脱硫石膏掺量对水泥强度有一定的影响，早期抗压强度在超过3％后下降，而28d抗压强度在4％掺量时达到最高值54MPa。抗折强度在掺量2％～5％之间变化不大。因此，确定改性脱硫石膏最佳掺量为4％。《35医《7筐= 簦卜鲞卜～ 2 3 4 5 2 3 4 5掺影％ 掺彰％图5 改性石膏掺馈对水泥 图6 改性石膏掺碴对水泥抗压强度的影响 抗折强度的影响2．3 改性|l；f属i|【石膏与激发剂的复配对水泥性能的影响改性脱硫石膏用于水泥，凝结时间及各龄期强度满足标准要求，试验证明同时增加0．5％的激发剂组分可以提高混合材掺量，降低水泥的生产成本。表2 激发剂对水泥的影响从表2看出，激发剂的掺入，水泥凝结时间提前，抗折强度影响不明显，但抗压强度，3d增加12％达到28．5MPa，28d从54．0MPa提高到62．3MPa。采用激发剂，在调整矿渣含量为18％时，PJ3组水泥性能达到PJl组水泥性能水平，说明激发剂能很好的改善水泥中活性混合材的水化反应，提高水泥强度。普通硅酸盐水泥中使用矿渣粉作为活性混合材，所用矿渣的碱度系数小于1．0，属于酸性矿渣。因此体系的碱度对体系的强度发展影响较大，激发剂中以硫酸盐、碳酸盐或氯化物为主要组分，用于矿渣和熟料体系中，会产牛溶解度较大的酸根和金属离子，在碱激发的协同作用下对体系中的玻璃体产生作用，形成水化硫铝酸钙、水化碳铝酸钙和水化氯铝酸钙，有利于矿渣中玻璃相和硅铝复合体的解体和溶出，进而加快体系的水化H1。3结论(1)原状脱硫石膏复掺160℃煅烧石膏、高钙粉煤灰、生石灰，经挤压造粒(成型压力20kN)，满足了运输和生产使用的要求，可代替天然二水石膏缓凝剂用于普通硅酸盐水泥的生产，其最佳配比为：脱硫石膏80％一85％；煅烧石膏6％～9％；高钙粉煤灰5％一8％；生石灰2％～5％。(2)与天然石膏相似，改性脱硫石膏缓凝剂能正常调节水泥凝结时间，脱硫石膏中含有CaCO，和少量可溶性盐，对促进水泥强度发展，激发混合材活性发挥是有利的，改性脱硫石膏最佳掺量为4％。(3)改性脱硫石膏用作水泥缓凝剂，通过复配活性激发剂，能增加活性混合材掺量，改善水泥的性能，降低生产成本。参考文献[1]王方群，原永涛．脱硫石膏性能及其综合利用[J]．粉煤灰综合利用，2004(1)：41—44[2] 曹红红．方永才，张照明．热处理石膏溶解水化特性的动态研究[J]．建材技术与应用，1997(4)：25—26[3] Weiping Ma．Paul WBrown．Hydrothermal reactions of fly ash withCa(OH)2 and CaS04·21120[J]．Cemem and concrete research，2007(8)：1237—1248[4] 黄从运，柯劲松．高标号钢渣矿渣水泥试验研究[J]．新世纪水泥导报，2005(2)：26—27．29·

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