脫硫石膏代替天然石膏生產復合水泥的研究及應用

宋發忠

河南省商城縣水泥粉磨有限公司（465343）

0 前言

在水泥的生產過程中，天然石膏是目前水泥行業使用最為廣泛的緩凝劑。但由于天然石膏是不可再生資源，隨著我國水泥產能的不斷增大，天然石膏資源顯得日益緊張，價格也是逐年升高。為了解決這一難題，國內部分水泥行業已經起步將脫硫石膏利用到水泥企業生產中來。但由于脫硫石膏與天然石膏存在著物理、化學性質上的差異會直接影響其在水泥領域的應用效果，因此從脫硫石膏和天然石膏的物理性質、化學性質、小磨試驗數據及大磨工業性生產實踐等方面進行綜合對比分析,總結出脫硫與天然石膏對復合水泥性能的影響及相互替代情況。

1 脫硫石膏及天然石膏的性質

1.1 物理性質

原狀脫硫石膏外觀通常呈灰白色或灰黃色，當脫硫裝置運行不穩定有粉煤灰進入時，脫硫石膏呈黑色含有15%～20%的附著水，呈膠粘狀。脫硫石膏粒度細，80 um以下的顆粒達97.1%以上，通常情況下，脫硫石膏粒徑為1～250 um，主要集中在30～60 um.而天然石膏為大塊狀，需要破碎機破碎后使用，易磨性差。

1.2 化學組成

脫硫石膏（信陽華豫電廠）與天然二水石膏（湖北荊門）化學成分對比見表1。

表1 脫硫石膏（信陽華豫電廠）與天然二水石膏（湖北荊門）化學成分對比

二者相比，脫硫石膏的SO3、堿、SiO2的含量明顯高于天然石膏，而MgO含量卻低于天然石膏。

2 脫硫石膏與天然二水石膏作水泥緩凝劑的對比試驗

2.1 試驗原材料

原材料分別為：信陽華豫電廠脫硫石膏、湖北荊門天然二水石膏、安徽金龍旋窯熟料、信陽華豫電廠粉煤灰、商城石灰石。

2.2 試驗方法

將各種原材料按復合硅酸鹽水泥配比要求計量后混均勻，按照GB/T1346-2011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/T17671-1999測定水泥各齡期強度。

2.3 試驗結果與討論

2.3.1不同石膏不同摻量對復合水泥物理性能的影響

由表2可知，摻脫硫石膏或天然石膏2%時，水泥凝結時間偏短，強度較低且不符合國家水泥標準規定。而摻3%～5%時，水泥的各項物理性能都符合國家水泥標準的規定。摻脫硫石膏3%～4%時水泥的凝結時間比摻2%及5%時偏長了30 min左右，但膠砂強度卻提高了10%以上，并且與摻天然石膏3%～5%相近。摻天然二水石膏3%～5%時雖凝結時間沒有明顯變化，但水泥膠砂強度隨著SO3含量的增加而略有提高。綜合以上實驗認為：當摻脫硫石膏3%～4%即SO3控制在2.0±0.2時與摻天然二水石膏4%～5%即SO3控制在2.3±0.2時生產復合水泥的物理性能基本一致。

2.3.2對水泥易磨性的影響

通過試驗還可以得出，粉磨時間相同時，加脫硫石膏的水泥比表面積都明顯偏大。這主要是因為脫硫石膏的易磨性比天然石膏要好，而且脫硫石膏本身是細粉物料，對熟料有助磨作用，所以在相同的時間內，磨得的水泥細顆粒較多，比表面積明顯偏大。

2.3.3脫硫石膏對水泥膠砂強度的影響

因為脫硫石膏中含有部分未反應的CaCO3和部分可溶性鹽，如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。在雜質含量相同的情況下，就脫硫石膏而言，沒有參加反應的碳酸鈣顆粒一部分以石灰石顆粒形態單獨存在，另一部分以核形式存在于二水硫酸鈣中心，這就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，而天然石膏雜質在水化時一般不能參加反應，所以在一定程度上天然石膏性能不及脫硫石膏。

3 工業性生產

由于脫硫石膏水分偏大，高達20%以上，易堵塞下料點，直接是無法摻兌的。只能通過晴天晾曬后入庫，同時采用剛購進的化肥廠熱煤渣（溫度大約50℃左右）作載體，與脫硫石膏按1：1搭配，鏟車均勻拌料后入庫儲存。之后進入庫容50 t左右的錐形料槽，錐形料槽要求傾角大于70℃以上，槽口安裝振打器。下設皮帶秤將脫硫石膏與煤渣混合料通過微機配料入水泥磨。經過一年多的大磨工業性生產得出了以下水泥性能，見表3。

表2 脫硫石膏與天然石膏性能

表3 水泥性能

圖1 摻兌脫硫石膏工藝圖

由表3說明：用脫硫石膏替代天然石膏是完全可以的，不僅可以略提高水泥質量而且還對水泥磨機產量有利。

4 結論

通過研究可知，脫硫石膏與天然石膏在物理性質、化學組成、礦物形成及比對實驗等方面都極為相似。脫硫石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑的各項實驗和生產實踐數據都符合國家標準，這說明該種脫硫石膏可以代替天然石膏用作復合硅酸鹽水泥緩凝劑。又因為脫硫石膏作為固體廢棄物是資源綜合利用材料，成本遠低于天然石膏，所以用脫硫石膏代替天然石膏生產復合水泥能產生良好的環境效益、社會效益及為企業創造可觀的經濟效益。

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