脫硫石膏生產通用硅酸水泥工藝研究

和南方， 孫俊杰， 周冠東

1 河南煤化集團焦煤公司（454150） 2 焦作千業水泥有限責任公司（454150）

1 項目立項的背景及目的意義

隨著新型干法水泥技術的快速發展,水泥產能急速增大;生產水泥的原燃料價格上漲，天然石膏價格上漲至約130元/噸，水泥生產成本上升。同時，火電廠煙氣濕法脫硫工藝技術已廣泛應用，產生大量的工業廢渣——脫硫石膏，價格低廉，約 70元/噸。

天然石膏主要成分是CaSO4·2H2O,在水泥生產中的作用是調節水泥凝結時間和改善水泥性能。脫硫石膏是火電廠煙氣濕法脫硫產生的工業廢渣,主要成分是CaSO4·2H2O和微量的亞硫酸鹽。通過試驗研究，用脫硫石膏代替天然石膏生產通用硅酸鹽水泥，節約了資源，降低了生產成本，實現了節能減排和綜合利用的目的。

2 項目詳細技術內容

天然石膏（CaSO4·2H2O）對水泥熟料的緩凝作用是由于水泥水化時，石膏很快與C3A及Ca（OH）2發生反應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物不能分離出來。這樣，對凝結時間起決定作用的將不是C3A，而是反應較慢的C3S膠體溶液。其自身濃度的增大，可延緩了水泥的凝結時間。脫硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O和少量的亞硫酸鹽，應用其主要成分同天然石膏一樣是CaSO4·2H2O的原理，通過實驗研究驗證其對水泥物理、化學性能及對混凝土性能的影響，特別是脫硫石膏中微量的亞硫酸鹽對水泥物理、化學性能及對混凝土性能的影響,研究證明微量的亞硫酸鹽輕微地延長了水泥凝結時間，對水泥其它物理、化學性能及對混凝土性能沒有不良影響，通過調整熟料配料方案，將熟料n由2.7調整為2.6,P由1.6調整為1.7（調整前后熟料配料方案及檢驗結果見表1），提高熟料的C3A含量，縮短水泥凝結時間來控制微量亞硫酸鹽對水泥凝結時間的輕微延長，可以在保證水泥質量的前提下,應用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥。

實施方案分四個階段進行。第一階段是試驗階段（2009年6月8日至8月15日）。首先在實驗室進行小磨試驗，驗證脫硫石膏和微量亞硫酸鹽對水泥物理、化學性能及對混凝土性能的影響（試驗結果見表2、表3），試驗證明微量的亞硫酸鹽輕微地延長了水泥凝結時間，對水泥其它物理、化學性能及對混凝土性能沒有不良影響，通過調整熟料配料方案，提高熟料的C3A含量,可以達到控制少量的亞硫酸鹽延長水泥凝結時間的目的,保證水泥凝結時間正常，產品質量合格；確定了應用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥的可行性。

表1 調整前后熟料配料方案及檢驗結果

表2 小磨試驗配料方案

然后,進行生產大磨試驗，重新驗證脫硫石膏和微量亞硫酸鹽對水泥物理、化學性能及對混凝土性能的影響，試驗證明少量的亞硫酸鹽輕微的延長了水泥凝結時間,對水泥其它物理、化學性能及對混凝土性能沒有不良影響，通過調整熟料配料方案，提高熟料的C3A含量，可以達到控制少量的亞硫酸鹽延長水泥凝結時間的目的,實現水泥凝結時間的正常，保證了產品質量的合格，確定應用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥是可行的結論。

表3 小磨實驗產品檢驗結果

表4 大磨實驗配料方案

表5 大磨實驗產品檢驗結果

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，制作兩個給料斗，增加兩臺調速皮帶秤,四條輸送皮帶,計量裝置并入DCS控制系統，建脫硫石膏堆場廠棚,總投資130.3萬元（其中土建29萬元，設備34.3萬元，鋼廠棚67萬元）。

第三階段是實施工藝改造方案（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日完成設備安裝，11月20日至12月30日完成堆場廠棚建設。

第四階段是試生產及驗收（2009年11月20日至12月30日）。在完成設備安裝后即開始試生產,脫硫石膏水分含量在15%左右的情況下給料穩定、計量準確，滿足配料要求，達到了工藝設計要求;水泥產品各項技術要求符合國際GB175-2007的規定，水泥性能優良（配料方案及產品檢驗結果見表 6、表 7）。以穩定應用。

表6 試生產配料方案

表7 試生產品檢驗結果

3 項目與同類技術的綜合比較及創新點

用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥技術在我公司投入應用以來，運行穩定，脫硫石膏使用正常。主要的技術創新點是通過調整優化熟料配料方案，提高熟料p及C3A含量，解決了脫硫石膏中微量亞硫酸鹽對水泥凝結時間的影響，保證了水泥產品質量合格穩定,使脫硫石膏在水泥生產中得以應用;應用高分子聚乙烯板和雙輥布料技術及計量裝置并入DCS控制系統，解決了因脫硫石膏水分大，現有生產工藝無法使用的問題,使脫硫石膏水分含量在15%左右的情況下給料穩定、計量準確，滿足水泥工藝配料要求，使脫硫石膏得

4 應用情況及所取得經濟、社會效益和發展前景

千業水泥應用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥三個月來，水泥產品質量符合國標GB175-2007的規定，優質穩定；已累計使用脫硫石膏生產水泥25萬噸，每噸水泥可以降低成本4.05元,合計降低成本4.05元×25萬噸=101.25萬元。同時，節約了資源和保護了環境，取得了很好的經濟、社會效益。在國家大力推行節能減排，節約資源和保護環境，大力推進經濟結構調整，轉變增長方式的戰略方針指引下，應用脫硫石膏生產通用硅酸鹽水泥有著廣闊的發展前景。

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