淺談干法脫硫渣在水泥中的應(yīng)用

劉麗芬 張建華 霍 帥

內(nèi)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(xì)粉與煙氣充分混合、接觸，在催化劑和促進(jìn)劑的作用下，與煙氣中SO2快速反應(yīng)。而且，在反應(yīng)器、煙道及布袋除塵器內(nèi)，脫硫劑超細(xì)粉一直與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)快速、充分，在2秒內(nèi)即可生產(chǎn)副產(chǎn)物Na2SO4，通過(guò)布袋回收副產(chǎn)物，作為工業(yè)廢渣進(jìn)行利用。

反應(yīng)脫硫效率高，按化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量1:1時(shí)，脫硫效率大于95%，而且是一次性噴入脫硫劑，不需要循環(huán)。脫硫劑在高溫?zé)煔獾淖饔孟录せ睿砻嫘纬晌⒖捉Y(jié)構(gòu)，2NaHCO3（S）=Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）煙道內(nèi)煙氣與激活的脫硫劑充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)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(chǎn)物隨氣流進(jìn)入布袋除塵器被捕集。

部分學(xué)者認(rèn)為，Na2SO4能與水泥水化時(shí)析出的Ca（OH）2反應(yīng)，從而促進(jìn)水泥的水化，也有學(xué)者認(rèn)為，Na2SO4能加速水泥熟料礦物，能促進(jìn)C3S的早期水化，下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，尋找脫硫渣對(duì)水泥性能的影響。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

（1）通過(guò)摻加不同比例的脫硫渣，根據(jù)脫硫灰對(duì)水泥性能的影響確定最佳摻量。（2）通過(guò)在不同狀態(tài)水泥中摻加脫硫渣，根據(jù)脫硫灰對(duì)水泥性能的影響，確定脫硫灰在水泥中的使用情況。（3）調(diào)整水泥中物料的組成，確定脫硫渣對(duì)各類物料及助磨劑的激發(fā)性。

3 原材料及試驗(yàn)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(xué)成分見表1，表2為通過(guò)計(jì)算公式計(jì)算出的礦物組成。

表1 蒙西熟料化學(xué)成分及礦物組成

表2 f-CaO及計(jì)算礦物組成數(shù)據(jù)

脫硫灰：使用焦化廠敢發(fā)脫硫灰，化學(xué)成分見表3。

表3 脫硫渣的化學(xué)成分

礦渣：使用園區(qū)礦渣，化學(xué)成分見表4。

表4 某廠礦渣化學(xué)成分

粉煤灰：使用園區(qū)粉煤灰，化學(xué)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(xué)成分見表6。

表6 硅鈣渣化學(xué)成分

石膏：脫硫石膏，Ca2SO4含量為79.07%。

3.2 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度測(cè)試選用尺寸為40mm×40mm×160mm膠砂試件，每組為3條，實(shí)驗(yàn)?zāi)z砂比為1:2，水灰比為0.5，試體成型后24小時(shí)拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到相應(yīng)齡期，抗壓強(qiáng)度按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB∕T 17671—1999）進(jìn)行測(cè)試。

凝結(jié)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)試按《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB∕T 1346—2011）進(jìn)行測(cè)試。

表7 在成品P.C42.5水泥中摻入不同比例的脫硫渣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.1 脫硫渣在成品水泥和共粉磨水泥中摻入效果

表11 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：（1）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，脫硫渣摻量在0.5%～1.0%之間，水泥3天強(qiáng)度增加，28天強(qiáng)度降低，標(biāo)準(zhǔn)稠度降低，凝結(jié)時(shí)間縮短。當(dāng)脫硫灰摻量超過(guò)1.0%時(shí)，水泥3天強(qiáng)度和28天強(qiáng)度同時(shí)降低。說(shuō)明脫硫渣外摻時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)

分析：（1）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著脫硫渣摻量的增加，水泥3天強(qiáng)度增加，28天強(qiáng)度降低，標(biāo)準(zhǔn)稠度降低，凝結(jié)時(shí)間縮短。當(dāng)脫硫渣摻量超過(guò)2.0%時(shí)，水泥3天強(qiáng)度和28天強(qiáng)度同時(shí)降低。說(shuō)明脫硫灰入磨內(nèi)摻時(shí)最佳摻量1.0%～2.0%。

（2）從表七和表九實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，脫硫渣在磨內(nèi)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(shí)驗(yàn)配比

分析：從脫硫渣摻入普硅水泥和復(fù)合水泥中試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看：（1）脫硫渣在復(fù)合水泥中的效果比普硅水泥好，說(shuō)明脫硫渣對(duì)混合材的激發(fā)性較好，對(duì)熟料的激發(fā)性較差。（2）從脫硫渣和脫硫石膏復(fù)配在普硅水泥和復(fù)合水泥中的復(fù)配效果來(lái)看，脫硫石膏和脫硫渣復(fù)配效果比脫硫渣單獨(dú)使用效果好。

4.4 助磨劑對(duì)脫硫渣的作用

表12 試驗(yàn)配比

表13 物理性能檢驗(yàn)

分析：從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，在摻入脫硫渣的水泥中摻入助磨劑，對(duì)水泥3天強(qiáng)度激發(fā)性較好，且彌補(bǔ)了摻入脫硫灰降低水泥28天強(qiáng)度的作用，故脫硫渣和助磨劑復(fù)配使用，對(duì)水泥的3天強(qiáng)度、28天強(qiáng)度具有明顯的激發(fā)作用。

表14 實(shí)驗(yàn)配比

4.5 脫硫渣對(duì)硅鈣渣的激發(fā)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.6 脫硫渣對(duì)粉煤灰、爐渣、礦渣激發(fā)作用

表16 實(shí)驗(yàn)配比

表17 物理性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)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(biāo)準(zhǔn)稠度降低1.8%，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)34分，3天抗壓強(qiáng)度提高0.3MPa，28天強(qiáng)度提高0.2 MPa.說(shuō)明脫硫渣對(duì)礦渣的激發(fā)作用優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)稠度提高1.4%，凝結(jié)時(shí)間縮短25分，3天抗壓強(qiáng)度提高0.7MPa，28天強(qiáng)度提高1.7MPa。說(shuō)明脫硫渣對(duì)粉煤灰的激發(fā)作用優(yōu)于爐渣。

說(shuō)明脫硫渣對(duì)礦渣激發(fā)性最強(qiáng)，對(duì)粉煤灰激發(fā)性略次于礦渣，對(duì)爐渣的激發(fā)性最次，且和前兩種廢渣差異較大。

5 結(jié)論

（1）從摻入脫硫渣水泥性能試驗(yàn)來(lái)看，脫硫渣對(duì)水泥3天抗壓強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天抗壓強(qiáng)度具有降低的作用，對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量有降低的作用，對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間具有縮短的作用。

（2）脫硫渣和其他工業(yè)廢渣復(fù)配，從3天抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來(lái)看，脫硫渣與硅鈣渣復(fù)配水泥的強(qiáng)度最高，脫硫渣和礦渣、粉煤灰復(fù)配水泥強(qiáng)度發(fā)揮不是很明顯，脫硫渣和爐渣復(fù)配的強(qiáng)度發(fā)揮略差，熟料的激發(fā)性最差。

（3）脫硫渣和脫硫石膏復(fù)配，從3天抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來(lái)看，脫硫渣和石膏復(fù)配比單獨(dú)使用效果好。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫硫渣在磨內(nèi)摻入的效果要比成品水泥中摻入效果好。

（5）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，脫硫渣磨內(nèi)摻入時(shí)最佳摻量1.0%～2.0%。