脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸水泥工藝研究

和南方， 孫俊杰， 周冠東

1 河南煤化集團(tuán)焦煤公司（454150） 2 焦作千業(yè)水泥有限責(zé)任公司（454150）

1 項(xiàng)目立項(xiàng)的背景及目的意義

隨著新型干法水泥技術(shù)的快速發(fā)展,水泥產(chǎn)能急速增大;生產(chǎn)水泥的原燃料價(jià)格上漲，天然石膏價(jià)格上漲至約130元/噸，水泥生產(chǎn)成本上升。同時(shí)，火電廠煙氣濕法脫硫工藝技術(shù)已廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣——脫硫石膏，價(jià)格低廉，約 70元/噸。

天然石膏主要成分是CaSO4·2H2O,在水泥生產(chǎn)中的作用是調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間和改善水泥性能。脫硫石膏是火電廠煙氣濕法脫硫產(chǎn)生的工業(yè)廢渣,主要成分是CaSO4·2H2O和微量的亞硫酸鹽。通過試驗(yàn)研究，用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥，節(jié)約了資源，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排和綜合利用的目的。

2 項(xiàng)目詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

天然石膏（CaSO4·2H2O）對(duì)水泥熟料的緩凝作用是由于水泥水化時(shí)，石膏很快與C3A及Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)生成難溶于水的水化硫鋁酸鈣即鈣礬石C3A·3CaSO4·Ca（OH），在C3A粒子表面形成包裹層，阻止了C3A進(jìn)一步水化，使溶液中鋁酸鹽的溶解度降低,以致鋁酸鈣的水化產(chǎn)物不能分離出來(lái)。這樣，對(duì)凝結(jié)時(shí)間起決定作用的將不是C3A，而是反應(yīng)較慢的C3S膠體溶液。其自身濃度的增大，可延緩了水泥的凝結(jié)時(shí)間。脫硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O和少量的亞硫酸鹽，應(yīng)用其主要成分同天然石膏一樣是CaSO4·2H2O的原理，通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證其對(duì)水泥物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能的影響，特別是脫硫石膏中微量的亞硫酸鹽對(duì)水泥物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能的影響,研究證明微量的亞硫酸鹽輕微地延長(zhǎng)了水泥凝結(jié)時(shí)間，對(duì)水泥其它物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能沒有不良影響，通過調(diào)整熟料配料方案，將熟料n由2.7調(diào)整為2.6,P由1.6調(diào)整為1.7（調(diào)整前后熟料配料方案及檢驗(yàn)結(jié)果見表1），提高熟料的C3A含量，縮短水泥凝結(jié)時(shí)間來(lái)控制微量亞硫酸鹽對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的輕微延長(zhǎng)，可以在保證水泥質(zhì)量的前提下,應(yīng)用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥。

實(shí)施方案分四個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是試驗(yàn)階段（2009年6月8日至8月15日）。首先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小磨試驗(yàn)，驗(yàn)證脫硫石膏和微量亞硫酸鹽對(duì)水泥物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能的影響（試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3），試驗(yàn)證明微量的亞硫酸鹽輕微地延長(zhǎng)了水泥凝結(jié)時(shí)間，對(duì)水泥其它物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能沒有不良影響，通過調(diào)整熟料配料方案，提高熟料的C3A含量,可以達(dá)到控制少量的亞硫酸鹽延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間的目的,保證水泥凝結(jié)時(shí)間正常，產(chǎn)品質(zhì)量合格；確定了應(yīng)用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥的可行性。

表1 調(diào)整前后熟料配料方案及檢驗(yàn)結(jié)果

表2 小磨試驗(yàn)配料方案

然后,進(jìn)行生產(chǎn)大磨試驗(yàn)，重新驗(yàn)證脫硫石膏和微量亞硫酸鹽對(duì)水泥物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能的影響，試驗(yàn)證明少量的亞硫酸鹽輕微的延長(zhǎng)了水泥凝結(jié)時(shí)間,對(duì)水泥其它物理、化學(xué)性能及對(duì)混凝土性能沒有不良影響，通過調(diào)整熟料配料方案，提高熟料的C3A含量，可以達(dá)到控制少量的亞硫酸鹽延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間的目的,實(shí)現(xiàn)水泥凝結(jié)時(shí)間的正常，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的合格，確定應(yīng)用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥是可行的結(jié)論。

表3 小磨實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果

表4 大磨實(shí)驗(yàn)配料方案

表5 大磨實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果

第二階段是確定工藝改造方案（2009年8月18日至8月28日）。改造水泥配料站配料工藝，制作兩個(gè)給料斗，增加兩臺(tái)調(diào)速皮帶秤,四條輸送皮帶,計(jì)量裝置并入DCS控制系統(tǒng)，建脫硫石膏堆場(chǎng)廠棚,總投資130.3萬(wàn)元（其中土建29萬(wàn)元，設(shè)備34.3萬(wàn)元，鋼廠棚67萬(wàn)元）。

第三階段是實(shí)施工藝改造方案（2009年9月1日至12月30日）。其中9月1日至10月5日完成土建工程,10月6日至10月18日完成設(shè)備安裝，11月20日至12月30日完成堆場(chǎng)廠棚建設(shè)。

第四階段是試生產(chǎn)及驗(yàn)收（2009年11月20日至12月30日）。在完成設(shè)備安裝后即開始試生產(chǎn),脫硫石膏水分含量在15%左右的情況下給料穩(wěn)定、計(jì)量準(zhǔn)確，滿足配料要求，達(dá)到了工藝設(shè)計(jì)要求;水泥產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)要求符合國(guó)際GB175-2007的規(guī)定，水泥性能優(yōu)良（配料方案及產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果見表 6、表 7）。以穩(wěn)定應(yīng)用。

表6 試生產(chǎn)配料方案

表7 試生產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果

3 項(xiàng)目與同類技術(shù)的綜合比較及創(chuàng)新點(diǎn)

用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥技術(shù)在我公司投入應(yīng)用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫石膏使用正常。主要的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)是通過調(diào)整優(yōu)化熟料配料方案，提高熟料p及C3A含量，解決了脫硫石膏中微量亞硫酸鹽對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響，保證了水泥產(chǎn)品質(zhì)量合格穩(wěn)定,使脫硫石膏在水泥生產(chǎn)中得以應(yīng)用;應(yīng)用高分子聚乙烯板和雙輥布料技術(shù)及計(jì)量裝置并入DCS控制系統(tǒng)，解決了因脫硫石膏水分大，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝無(wú)法使用的問題,使脫硫石膏水分含量在15%左右的情況下給料穩(wěn)定、計(jì)量準(zhǔn)確，滿足水泥工藝配料要求，使脫硫石膏得

4 應(yīng)用情況及所取得經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和發(fā)展前景

千業(yè)水泥應(yīng)用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥三個(gè)月來(lái)，水泥產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)標(biāo)GB175-2007的規(guī)定，優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定；已累計(jì)使用脫硫石膏生產(chǎn)水泥25萬(wàn)噸，每噸水泥可以降低成本4.05元,合計(jì)降低成本4.05元×25萬(wàn)噸=101.25萬(wàn)元。同時(shí)，節(jié)約了資源和保護(hù)了環(huán)境，取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。在國(guó)家大力推行節(jié)能減排，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，大力推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式的戰(zhàn)略方針指引下，應(yīng)用脫硫石膏生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥有著廣闊的發(fā)展前景。

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