淺談干法脫硫渣在水泥中的應用

劉麗芬 張建華 霍 帥

內蒙古蒙西水泥股份有限公司

1 前言

脫硫渣是利用脫硫劑超細粉與煙氣充分混合、接觸，在催化劑和促進劑的作用下，與煙氣中SO2快速反應。而且，在反應器、煙道及布袋除塵器內，脫硫劑超細粉一直與煙氣中的SO2發生反應。反應快速、充分，在2秒內即可生產副產物Na2SO4，通過布袋回收副產物，作為工業廢渣進行利用。

反應脫硫效率高，按化學反應當量1:1時，脫硫效率大于95%，而且是一次性噴入脫硫劑，不需要循環。脫硫劑在高溫煙氣的作用下激活，表面形成微孔結構，2NaHCO3（S）=Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）煙道內煙氣與激活的脫硫劑充分接觸發生化學反應，煙氣中的SO2及其他酸性介質被吸收凈化，SO2（g）+Na2CO3（s）+1∕2O2=Na2SO4（s）+CO2（g）；SO3（g）+Na2CO3（s）=Na2SO4（s）+CO2（g）脫硫并干燥的Na2SO4副產物隨氣流進入布袋除塵器被捕集。

部分學者認為，Na2SO4能與水泥水化時析出的Ca（OH）2反應，從而促進水泥的水化，也有學者認為，Na2SO4能加速水泥熟料礦物，能促進C3S的早期水化，下面我們通過實驗，尋找脫硫渣對水泥性能的影響。

2 試驗目的

（1）通過摻加不同比例的脫硫渣，根據脫硫灰對水泥性能的影響確定最佳摻量。（2）通過在不同狀態水泥中摻加脫硫渣，根據脫硫灰對水泥性能的影響，確定脫硫灰在水泥中的使用情況。（3）調整水泥中物料的組成，確定脫硫渣對各類物料及助磨劑的激發性。

3 原材料及試驗方法

3.1 原材料的組成

水泥熟料：使用蒙西水泥廠熟料，化學成分見表1，表2為通過計算公式計算出的礦物組成。

表1 蒙西熟料化學成分及礦物組成

表2 f-CaO及計算礦物組成數據

脫硫灰：使用焦化廠敢發脫硫灰，化學成分見表3。

表3 脫硫渣的化學成分

礦渣：使用園區礦渣，化學成分見表4。

表4 某廠礦渣化學成分

粉煤灰：使用園區粉煤灰，化學成分見表5。

表5 某電廠粉煤灰

硅鈣渣：使用粉煤灰提取氧化鋁廠硅鈣渣，化學成分見表6。

表6 硅鈣渣化學成分

石膏：脫硫石膏，Ca2SO4含量為79.07%。

3.2 試驗方法

抗壓強度測試選用尺寸為40mm×40mm×160mm膠砂試件，每組為3條，實驗膠砂比為1:2，水灰比為0.5，試體成型后24小時拆模，標準養護到相應齡期，抗壓強度按《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB∕T 17671—1999）進行測試。

凝結時間和標準稠度測試按《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》（GB∕T 1346—2011）進行測試。

表7 在成品P.C42.5水泥中摻入不同比例的脫硫渣實驗數據

4 實驗數據

4.1 脫硫渣在成品水泥和共粉磨水泥中摻入效果

表11 實驗數據

分析：（1）從實驗數據可以看出，脫硫渣摻量在0.5%～1.0%之間，水泥3天強度增加，28天強度降低，標準稠度降低，凝結時間縮短。當脫硫灰摻量超過1.0%時，水泥3天強度和28天強度同時降低。說明脫硫渣外摻時最佳摻量0.5%～1.0%。

4.2 脫硫渣和熟料、混合材共粉磨摻入效果

表8 共粉磨配比

表9 物理性能檢驗數據

分析：（1）從實驗數據可以看出，隨著脫硫渣摻量的增加，水泥3天強度增加，28天強度降低，標準稠度降低，凝結時間縮短。當脫硫渣摻量超過2.0%時，水泥3天強度和28天強度同時降低。說明脫硫灰入磨內摻時最佳摻量1.0%～2.0%。

（2）從表七和表九實驗數據來看，脫硫渣在磨內摻入的效果要比成品水泥中摻入效果好。

4.3 脫硫渣在不同摻量混合材的水泥中的作用

表10 實驗配比

分析：從脫硫渣摻入普硅水泥和復合水泥中試驗數據來看：（1）脫硫渣在復合水泥中的效果比普硅水泥好，說明脫硫渣對混合材的激發性較好，對熟料的激發性較差。（2）從脫硫渣和脫硫石膏復配在普硅水泥和復合水泥中的復配效果來看，脫硫石膏和脫硫渣復配效果比脫硫渣單獨使用效果好。

4.4 助磨劑對脫硫渣的作用

表12 試驗配比

表13 物理性能檢驗

分析：從實驗數據看，在摻入脫硫渣的水泥中摻入助磨劑，對水泥3天強度激發性較好，且彌補了摻入脫硫灰降低水泥28天強度的作用，故脫硫渣和助磨劑復配使用，對水泥的3天強度、28天強度具有明顯的激發作用。

表14 實驗配比

4.5 脫硫渣對硅鈣渣的激發作用

由于脫硫渣中堿含量較高，故確定脫硫渣摻量為1.0%

表15 物理性能實驗數據

4.6 脫硫渣對粉煤灰、爐渣、礦渣激發作用

表16 實驗配比

表17 物理性能實驗數據

分析：從實驗數據來看，分別摻加1%脫硫渣，14#較12#降低10%粉煤灰，提高10%的礦渣摻量，水泥的標準稠度降低1.8%，凝結時間延長34分，3天抗壓強度提高0.3MPa，28天強度提高0.2 MPa.說明脫硫渣對礦渣的激發作用優于粉煤灰；12#較13#相比，12#摻入10%粉煤灰，13#摻入10%的爐渣，水泥的標準稠度提高1.4%，凝結時間縮短25分，3天抗壓強度提高0.7MPa，28天強度提高1.7MPa。說明脫硫渣對粉煤灰的激發作用優于爐渣。

說明脫硫渣對礦渣激發性最強，對粉煤灰激發性略次于礦渣，對爐渣的激發性最次，且和前兩種廢渣差異較大。

5 結論

（1）從摻入脫硫渣水泥性能試驗來看，脫硫渣對水泥3天抗壓強度具有激發作用，對28天抗壓強度具有降低的作用，對水泥標準稠度需水量有降低的作用，對水泥凝結時間具有縮短的作用。

（2）脫硫渣和其他工業廢渣復配，從3天抗壓強度實驗來看，脫硫渣與硅鈣渣復配水泥的強度最高，脫硫渣和礦渣、粉煤灰復配水泥強度發揮不是很明顯，脫硫渣和爐渣復配的強度發揮略差，熟料的激發性最差。

（3）脫硫渣和脫硫石膏復配，從3天抗壓強度實驗來看，脫硫渣和石膏復配比單獨使用效果好。

（4）實驗結果表明，脫硫渣在磨內摻入的效果要比成品水泥中摻入效果好。

（5）從實驗數據可以看出，脫硫渣磨內摻入時最佳摻量1.0%～2.0%。