脫硫石膏代替天然石膏作緩凝劑的應用研究

李趙相,殷寶賢,李桂燕,劉鳳東,王冬梅,張曉東

(1.天津市建筑材料科學研究院,天津 300381;2.天津市建筑

材料集團(控股)有限公司,天津 300381;3.天津宜拓商貿有限公司,天津 300410)

脫硫石膏代替天然石膏作緩凝劑的應用研究

李趙相1,殷寶賢2,李桂燕1,劉鳳東1,王冬梅1,張曉東3

(1.天津市建筑材料科學研究院,天津 300381;2.天津市建筑

材料集團(控股)有限公司,天津 300381;3.天津宜拓商貿有限公司,天津 300410)

通過不同摻量脫硫石膏作為緩凝劑磨制硅酸鹽水泥的小磨實驗,及干法造粒成球脫硫石膏和其他混合材搭配生產普通硅酸鹽水泥的大磨實驗研究,結果表明成球脫硫石膏完全可以代替天然石膏作水泥緩凝劑應用于水泥工業生產,所生產的水泥符合國家標準要求,且強度稍有提高。

脫硫石膏; 水泥性能; 緩凝劑

水泥的生產過程可概括為“兩磨一燒”,其中在最后磨制階段需加入石膏以延緩水泥的凝結速度,便于施工操作。目前絕大多數水泥生產企業仍采用傳統生產方式,以匱乏的礦產資源天然石膏作為水泥緩凝劑,采用火力發電廠煙氣脫硫時生成的工業副產物脫硫石膏作為水泥緩凝劑,是非常有效的廢物資源化途徑,擴大了脫硫石膏的綜合利用[1],也降低了水泥生產成本,能夠創造良好的經濟、社會和環境效益。對于脫硫石膏作為水泥緩凝劑的工業應用研究主要集中在直接添加和設備改進兩方面[2-6],該文基于小磨實驗進行了脫硫石膏作為水泥緩凝劑的可行性實驗,最后將脫硫石膏采用干法造粒成球后在水泥工業生產中作了應用研究。

1 實 驗

1.1 原材料

實驗選取的脫硫石膏原材料產于天津市北疆電廠,成球脫硫石膏水泥緩凝劑是天津宜拓商貿有限公司將脫硫石膏原材料烘干后,再利用干法輥壓造球工藝所得。原材料還有水泥熟料、天然石膏、礦渣和石灰石,石膏原材料的化學分析見表1,水泥熟料原材料的化學分析見表2。

表1 石膏原材料的化學分析 /%

表2 水泥熟料原材料的化學分析 /%

1.2 方法

脫硫石膏原材料在自然條件下干燥,測得附著水為0.3%,隨后將脫硫石膏及天然石膏按配比要求計量后在球磨機中混磨30 min,小磨粉磨實驗水泥細度達到了國家標準要求,水泥廠大磨實驗是將成球脫硫石膏及各種混合材按配比要求按照實際生產工藝進行生產水泥樣品。

水泥的化學指標按照GB/T 176—2008進行測試;水泥的物理性能按照GB/T 1346—2001進行水泥標準稠度用水量、凝結時間和安定性的測定,按照GB/T 17671—1999測定水泥各齡期強度。

2 實驗結果

2.1 石膏不同摻量的硅酸鹽水泥小磨實驗

天然石膏與脫硫石膏按照表3配比進行磨制硅酸鹽水泥實驗,制成的硅酸鹽水泥的化學指標分析結果見表4,物理性能見表5。

從表4可以看出,石膏不同摻量下制成的各種水泥,除SO3、Cl-化學指標隨著脫硫石膏摻量的增加而有所增大,其余化學指標差別不大;而從表5可以得知不同摻量的石膏對水泥物理性能無明顯影響,僅抗壓強度有所增加。

表3 硅酸鹽水泥配比

表4 石膏不同摻量的硅酸鹽水泥化學指標分析結果 /%

表5 石膏不同摻量的硅酸鹽水泥的物理性能

2.2 成球脫硫石膏和其他混合材搭配的大磨實驗

為了檢驗成球脫硫石膏水泥緩凝劑對摻加混合材的普通硅酸鹽水泥生產的影響,將成球脫硫石膏、天然石膏、水泥熟料、礦渣和石灰石按表6所示配比生產普通硅酸鹽水泥,并分別測試化學指標和物理性能后進行對比,化學指標分析結果見表7,物理性能結果見表8。

表6 普通硅酸鹽水泥生產配比

表7 普通硅酸鹽水泥化學指標分析結果 /%

表8 普通硅酸鹽水泥物理性能

由表8物理性能可以看出,完全使用成球脫硫石膏作水泥緩凝劑生產的普通硅酸鹽水泥,與脫硫石膏和天然石膏按比例生產的水泥性能相差不大,但是比天然石膏生產的水泥性能略好一些。而從表7知,無論是天然石膏還是脫硫石膏作水泥緩凝劑,對水泥的化學指標影響均不大。

3 分析討論

3.1 脫硫石膏對水泥凝結時間的影響

從小磨實驗結果表5可以看出,硅酸鹽水泥的凝結時間隨著脫硫石膏摻量的增加而明顯延長,但從大磨生產結果表8可知,普通硅酸鹽水泥的凝結時間并不受脫硫石膏摻量的影響。由表1可知,脫硫石膏中的半水亞硫酸鈣明顯高于天然石膏,亞硫酸鈣與熟料共存時易引起水泥的凝結時間延長[1],因此,對硅酸鹽水泥的凝結時間影響較大;但是對普通硅酸鹽水泥來說,由于混合材的加入,熟料的摻量相對減少,從而脫硫石膏對其凝結時間的影響就不明顯。

3.2 脫硫石膏對水泥強度的影響

從小磨及大磨實驗結果均可以得知,用脫硫石膏制成的水泥強度要高于天然石膏。因為脫硫石膏中SO3含量高于天然石膏,而水泥的強度會隨著一定SO3含量的增加有所增加;同時脫硫石膏中含有部分未反應的CaCO3和部分可溶K鹽、Na鹽,這些雜質的存在有利于加速水泥水化,對促進水泥強度發展,激發混合材活性的充分發揮,對水泥結構性能都有提高作用;況且脫硫石膏中碳酸鈣顆粒的兩種存在形式增加了有效參與水化反應的硫酸鈣顆粒數量,使其有效組分高于天然石膏[2]。

3.3 成球脫硫石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑的可行性

通過石膏不同摻量的硅酸鹽水泥小磨實驗結果,可以驗證脫硫石膏替代天然石膏作水泥緩凝劑具有可行性;而成球脫硫石膏和其他混合材搭配生產普通硅酸鹽水泥的大磨實驗結果表明,生產出的水泥各項指標都符合GB 175—2007國家標準要求,并且與天然石膏相比利于水泥性能提高,也直接解決了生產中物料的粘結、結壁及堵料情況的發生[4],因此,成球脫硫石膏完全可以代替天然石膏作為水泥生產的緩凝劑。

4 結 論

a.硅酸鹽水泥的凝結時間隨脫硫石膏摻量的增加而增加,普通硅酸鹽水泥凝結時間不受脫硫石膏摻量的影響。

b.與天然石膏相比,脫硫石膏作為水泥緩凝劑生產的水泥強度性能略有提高。

c.成球脫硫石膏緩凝劑完全可以應用于水泥工業生產中。

[1] 王方群,原永濤,齊立強.脫硫石膏性能及其綜合利用[J].粉煤灰綜合利用,2004(1):41-44.

[2] 顧雪慈,趙虎奎,練禮財,等.脫硫石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑[J].水泥,2006(12):32-35.

[3] 韓 暉,郗金旭.脫硫石膏作為水泥緩凝劑的試驗研究[J].建材世界,2011,32(2):13-17.

[4] 吳行才.脫硫石膏作水泥緩凝劑的生產應用[J].水泥,2011(2):30-31.

[5] 陳 勇.脫硫石膏代替天然石膏作緩凝劑的生產實踐[J].水泥工程,2008(2):30-31.

[6] 屈浩然,李蕾蕾,張偉超.脫硫石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑技改工程的設計及應用[J].河南建材,2011(3):16-17.

Application Research of Substitue Desulfogypsum for Natural Gypsum as Retardant

LI Zhao-xiang1,YIN Bao-xian2,LI Gui-yan1,LIU Feng-dong1, WANG Dong-mei1,ZHANG Xiao-dong3
(1.Tianjin Research Academy of Building Material Science,Tianjin 300381,China;2.Tianjin National Building Materias Group(holding),Ltd,Tianjin 300381,China;3.Yituo Tianjin Co,Ltd,Tianjin 300410,China)

The laboratory experiment that grinding Portland cement with different mixing amount of desulfurization gypsum adding in for retarder and the industrial experiment that the production of ordinary Portland cement with desulfurization gypsum made by dry process granulitization technology mixing with other hybrid materials were carried out in the study.The results show that the balling desulfurization gypsum could replace the natural gypsum to be used as cement retarder in cement industrial production.The production of cement could meet the requirements of national standards and has a little higher strength than that produced by natural gypsum.

desulfurized gypsum; cement properties;retarder

2014-08-04.

天津市科委技術開發工作扶持經費項目(YSK2009-35).

李趙相(1988-),助理工程師.E-mail:liqiwork@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.008