盧春麗, 蔣 玲, 劉良富, 葉 鴿, 李 穎

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院,安徽 合肥 230011)

0 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展,響應(yīng)國(guó)家提倡生產(chǎn)向環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展,要求工業(yè)副產(chǎn)利用大提升,水泥生產(chǎn)業(yè),對(duì)所使用的材料盡可能低能、環(huán)保,使用工業(yè)副產(chǎn)物。作為水泥生產(chǎn)必須的緩凝劑,通常使用天然二水石膏,但隨著天然資源的短缺,目前市場(chǎng)向越來(lái)越多的工業(yè)副產(chǎn)石膏發(fā)展。利用工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石膏是非常有效的將廢物資源化的途徑,既可以滿足生產(chǎn)需求,又可以達(dá)到節(jié)能降耗、資源綜合利用的目的,能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)是繼電力行業(yè)之后的第二大SO2排放行業(yè), 其中鋼鐵冶煉的燒結(jié)工序是重點(diǎn)污染源[1]。煤炭是當(dāng)今世界電力生產(chǎn)的主要燃料, 電廠燃煤是造成二氧化硫污染和酸雨問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?。石?灰石-石膏法為煙氣脫硫[2], 脫硫產(chǎn)物即有了脫硫石膏。脫硫石膏是工業(yè)副產(chǎn)石膏之一。脫硫石膏是燃煤電廠、金屬冶煉及壓延加工業(yè)凈化煙氣后所得的工業(yè)副產(chǎn)品,隨著燃煤電廠項(xiàng)目的快速發(fā)展,脫硫石膏廢渣排放量數(shù)每年數(shù)百萬(wàn)噸增加,將成為繼粉煤灰之后的第二大固體廢棄物,大量的工業(yè)脫硫石膏堆存且得不到有效處置,不僅占用大量土地資源,而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,如不采取積極有效措施進(jìn)行綜合利用, 與當(dāng)今的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求是不相適應(yīng)的[3-4]。工業(yè)脫硫石膏,亦屬于石膏的一種,它的主要成分為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O),與天然石膏相類似,在不影響強(qiáng)度的情況下替代天然石膏在水泥生產(chǎn)中作為水泥調(diào)凝劑利用, 或?qū)⒚摿蚴鄵饺胨嗷牧现凶鳛榧ぐl(fā)劑使用,用其代替天然石膏作水泥緩凝劑,既節(jié)約水泥,降低工程造價(jià),又改善生態(tài)環(huán)境,對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要的意義。

通常水泥生產(chǎn)單位均使用未改性的脫硫石膏,未改性的脫硫石膏直接使用在水泥生產(chǎn)中時(shí),會(huì)導(dǎo)致水泥各齡期的強(qiáng)度不同程度的下降,以致對(duì)生產(chǎn)高強(qiáng)度的水泥非常不利[5-6]。但是助磨劑的加入正好補(bǔ)償它帶來(lái)的強(qiáng)度下降,助磨劑的加入可以提高水泥28 d強(qiáng)度約3～4 MPa[7]。本文通過(guò)大量試驗(yàn)來(lái)證實(shí)助磨劑與脫硫石膏搭配使用,可以有效提高其利用效果。

1 試驗(yàn)原料及方法

1)原料:熟料;脫硫石膏;天然二水石膏;石灰石;助磨劑

2)試驗(yàn)儀器:試驗(yàn)小磨(規(guī)格Φ500mm×500 mm);型水泥負(fù)壓篩析儀(型號(hào):SF-1500);勃氏透氣儀;凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定儀;KZL-500型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī);JYL-2000型壓力試驗(yàn)機(jī);沸煮箱;氯離子測(cè)定儀;高溫爐;熒光分析儀等。

3)方法:對(duì)水泥性能的檢測(cè),均按照GB/175-2007進(jìn)行,通過(guò)調(diào)整水泥配比運(yùn)用對(duì)比的方法試驗(yàn)研究,首先將脫硫石膏、天然二水石膏、熟料以適當(dāng)配比在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小磨上,相同條件下磨制不同標(biāo)號(hào)水泥進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),檢測(cè)其水泥物理性能,再與應(yīng)用天然二水石膏做為緩凝劑時(shí)水泥各物理性能的情況對(duì)比,根據(jù)脫硫石膏對(duì)水泥質(zhì)量及性能的影響程度,判定脫硫石膏做為于水泥緩凝劑時(shí)在質(zhì)量方面存在的問(wèn)題及可行性。

本文先以P·O42.5及PM32.5水泥做脫硫石膏與天然二水石膏試驗(yàn),然后再摻入適量的助磨劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn), 我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)2007年版修訂中規(guī)定助磨劑用量不許超過(guò)0.5%。根據(jù)使用脫硫石膏的水泥, 摻加助磨劑前后水泥物理、化學(xué)性能, 確定助磨劑有效性, 最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定脫硫石膏與水泥助磨劑搭配使用能滿足不同標(biāo)號(hào)水泥的生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)步驟

1)熟料、石膏由破碎機(jī)破碎,均破碎至粒度5 mm以下。

2)試樣磨制時(shí),先將稱量好的各種物料倒入小磨內(nèi), 封好磨門后磨制樣品, 粉磨時(shí)間均為24 min, 助磨劑在磨制前加入。

3)按照適當(dāng)?shù)呐浔?先進(jìn)行脫硫石膏與天然二水石膏(未摻入助磨劑)的對(duì)比試驗(yàn), 本試驗(yàn)以P·O42.5及PM32.5水泥同條件下做脫硫石膏和二水石膏對(duì)比平均數(shù)據(jù)對(duì)比試驗(yàn),見表1。

表1 以P·O42.5及PM32.5水泥同條件下做脫硫石膏和二水石膏對(duì)比平均數(shù)據(jù)(未摻入助磨劑)Table 1 Average data of desulfurization gypsum and dihydrate gypsum under the same conditions of P.O42.5 and PM32.5 cement (without adding grinding AIDS)

從上表數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)中直接使用脫硫石膏時(shí)，可能因?yàn)槊摿蚴嗉?xì)度大,在水泥中能與水泥顆粒充分接觸,迅速發(fā)生反應(yīng),所以更能有效調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間,凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),但是28天強(qiáng)度明顯下降。

4)摻入0.08%的助磨劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),根據(jù)使用不同摻量下脫硫石膏的水泥,摻加助磨劑前后水泥物理、化學(xué)性能,助磨劑有效性,見表2、表3。

表2 加入一定量的助磨劑條件下各水泥的物理性能(使用脫硫石膏與二水石膏不同比例搭配)Table 2 Physical properties of each cement under the condition of adding certain amount of grinding AIDS (different proportions of desulfurization gypsum and dihydrate gypsum are used)

從上表發(fā)現(xiàn):助磨劑加入的情況下,使用脫硫石膏和天然二水石膏無(wú)論是兩者搭配使用,還是脫硫石膏單獨(dú)使用，水泥的物理性能都很好,其中使用脫硫石膏水泥的抗折強(qiáng)度略低于使用天然二水石膏水泥的抗折強(qiáng)度,但抗壓強(qiáng)度兩者基本一致。

表3 摻入助磨劑的P·O42.5試驗(yàn)各化學(xué)成份(使用脫硫石膏與二水石膏不同比例搭配)Table 3 P·O42.5 test with grinding aid (different proportions of desulfurized gypsum and dihydrate gypsum were used)

從上表發(fā)現(xiàn):助磨劑加入的情況下,使用脫硫石膏的水泥SO3摻量高于使用天然石膏的水泥中SO3,摻量所以水泥的凝結(jié)時(shí)間也長(zhǎng)于使用天然石膏的水泥,但也在 GB/T 21371—2008 要求的范圍內(nèi) (延長(zhǎng)時(shí)間小于 2 h), 水泥企業(yè)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求調(diào)整 SO3的摻量。

5)最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定脫硫石膏與水泥助磨劑搭配使用能滿足不同標(biāo)號(hào)水泥的生產(chǎn)。

3 試驗(yàn)結(jié)論

1)使用工業(yè)脫硫石膏作為水泥的緩凝劑,從成本上能為企業(yè)創(chuàng)造較大的利潤(rùn),但因其本身的物理特性和化學(xué)特性對(duì)水泥的性能可能造成一定的影響,物理性能不能滿足新產(chǎn)品質(zhì)量要求,但是與助磨劑同時(shí)使用的情況下,得到補(bǔ)償,使用效果與天然二水石膏相同,可以滿足不同強(qiáng)度等級(jí)水泥的生產(chǎn)要求。

2)與天然石膏相比,脫硫石膏對(duì)水泥的緩凝作用更明顯,相同摻量下,其SO3高于天然二水石膏水泥中的SO3。

針對(duì)上面數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在水泥生產(chǎn)時(shí)要想提高脫硫石膏作為水泥緩凝劑的應(yīng)用效果,必須與助磨劑搭配使用,便可對(duì)節(jié)能、增產(chǎn)、節(jié)約生產(chǎn)產(chǎn)生良好的效果,應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用。

當(dāng)然,利用工業(yè)脫硫石膏作為水泥基建筑材料的原料,從成本上能為企業(yè)創(chuàng)造一定的利潤(rùn)。由于不同單位、不同燃燒和脫硫工藝對(duì)所產(chǎn)生工業(yè)脫硫石膏的物理和化學(xué)性質(zhì)具有較大影響,實(shí)際使用時(shí),還需要通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定脫硫石膏的最佳摻量以及生產(chǎn)條件,在此基礎(chǔ)上才有可能獲得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[8]和很好的社會(huì)效益。