利用脫硫石膏制備粉刷石膏砂漿

戴麗聰

（常州市眾華建材科技有限公司，常州 213003）

0 前言

我國的濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝從 20 世紀 90 年代后才開始。1996 年，重慶洛磺電廠投資新建的脫硫石膏裝置，設計年生產能力 90 萬 t。隨著經濟的發展，我國的火電廠及其脫硫裝置的裝機容量在逐年增加，脫硫石膏的產量也在逐年增長，2000 年我國的脫硫石膏總產量已達 200 萬 t。到 2012 年末，我國火力電廠的煙氣脫硫機組容量約為 40000～50000MW，其中有 70% 以上采用濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝。以燃煤含硫量約為 2%、年運行 5000h、年脫硫效率以90% 計，屆時年產純度 90%～95% 的脫硫石膏約 850萬 t。我國是世界上最大的煤炭生產和以煤炭為主要能源的國家，加上我國煤炭的含硫量普遍較高，燃煤中SO2對大氣污染相當嚴重，因此，對含硫煙氣進行脫硫處理已勢在必行。同時，由于脫硫石膏價格低，且綜合利用脫硫石膏可以享受國家的優惠政策。因此，企業可以在綜合利用脫硫石膏產品中進一步降低生產成本，取得更大的經濟效益，應加大脫硫石膏的利用。本文以脫硫石膏為主，輔以礦渣、水泥等原料，制備石膏基膠凝材料，對脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗研究。

1 試驗方案

（1）確定一個石膏基膠凝材料的配合比；測試它所制得的試塊的各項性能，采用 30% 脫硫石膏、30% 礦渣、30% 粉煤灰、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），測試此最佳稠度需水量，并得出此配比 3 天、7天和 14 天的強度。

（2）根據第一種配合比所得的結果，繼續調整，提高脫硫石膏含量，測試制得試塊的性能采用 50%脫硫石膏、40% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），測試此配合比在 3 天、7 天和 14 天的強度。

（3）通過兩種配合比所得結果，繼續提高脫硫石膏含量，采用 60% 脫硫石膏、30% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），比較此配合比與上兩種強度的關系，得出試驗所需的最佳脫硫石膏摻量。

三個配合比見表 1。

表 1 石膏基膠凝材料配合比

表 2 脫硫石膏與天然石膏的化學組成 %

2 試驗原材料

2.1 脫硫石膏

在脫硫過程中，為了提高煙氣脫硫效率，技術上對用于脫硫的石灰石（或石灰粉）中的氧化鈣含量有較高的要求，這在客觀上保證了脫硫石膏化學成分的穩定。脫硫石膏的主要化學組成與天然石膏基本相似（見表2），其 CaSO4·2H2O 含量一般在 90% 以上，游離水含量 10%～20%，呈濕粉狀。本文脫硫石膏來自江蘇一火電廠，脫硫石膏過 0.08mm 篩。在試驗所采用的脫硫石膏為半水—脫硫石膏，是一種高強度的建筑石膏，采用前必須對普通脫硫石膏進行脫水處理，一般脫硫石膏含水一般在 11%～13% 左右，在半水石膏生產中，經烘箱烘 6h 后（烘箱溫度：(185±5)℃）干燥脫出表面水及脫出部分結晶水才能獲得半水—脫硫石膏，其性能見表 3。

表 3 半水—脫硫石膏的性能 %

2.2 礦渣

礦渣來源常州礦渣廠，過 0.9mm 的方孔篩，篩余物為礦渣結塊，礦渣成分見表 4。

表 4 礦渣的成分 %

2.3 粉煤灰

粉煤灰一般使用火電廠的Ⅱ級粉煤灰，細度（0.045mm 篩余）等于 12%；需水量比 95%；含水量0.1%。

2.4 水泥

本試驗使用的是海螺 42.5 級普通硅酸鹽水泥，過0.9mm 的方孔篩，基本性能見表 5。

表 5 水泥的成分

2.5 緩凝劑

緩凝劑為市常規純白色粉末，性能見表 6。

表 6 緩凝劑的性能

2.6 水

常州自來水。

3 粉刷石膏的配制

3.1 粉刷石膏的性能要求

粉刷石膏是以半水石膏為主要膠凝材料配制的砂漿，主要用于室內墻體和頂棚的粉刷和找平，具有粘結力強、不易空鼓開裂，導熱系數小和防火的性能，而且有良好的呼吸功能的特點，是一種適合人居環境的綠色墻體材料。按照 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業標準執行，粉刷石膏必須符合表 7 標準。

表 7 粉刷石膏的性能標準

3.2 粉刷石膏工作性能研究

3.2.1 標準稠度用水量試驗

試驗結果見表 8。由表 8 可知，當半水脫硫石膏的摻量增加時，用水量也隨之增加，半水—石膏摻量由 30% 增加到 50%，標稠用水量增加了 0.6%，當半水石膏摻量由 50% 增加到 60% 時，標稠用水量提高了3.5%。

表 8 標稠用水量試驗結果

3.2.2 凝結時間試驗

試驗結果見表 9。由表 9 可知，3 組配比凝結時間對比發現半水—脫硫石膏加入量越多，膠凝材料隨之凝結時間越快，半水—脫硫石膏反應越激烈，但總體凝結時間相差不大。

表 9 凝結時間試驗結果

3.3 粉刷石膏力學性能分析

通過凈漿試驗，在不同礦渣、半水—脫硫石膏不同摻量情況下，測試抗壓、抗折強度，所得數據見表10。

表 10 力學性能試驗結果 MPa

由表 10 可以看出，當半水—脫硫石膏摻量由 30%增加到 50% 時，強度比增加了 2%～6%；當半水石膏摻量由 50% 增加 60% 時，強度比增加了 5%～10%，此時強度比增加更加明顯，可見半水—脫硫石膏制備粉刷石膏材料時，半水—脫硫石膏摻量少量增加，隨著脫硫石膏總量增多，強度增加越加明顯。

脫硫石膏摻量對粉刷石膏材料力學性能分析：粉刷石膏材料配比中，脫硫石膏所占成份越高，所得配比強度增強，礦渣成份越低，配比強度也隨之增強，當配比為脫硫石膏∶礦渣∶水泥為 6:3:1 時所得的試塊達到了一個非常高的強度。

各齡期強度結果的比較見圖 1。

圖 1 三種配比強度的對比

由圖 1 可知，各種配比隨著齡期的增大強度出現不同的改變，配比 1（半水—脫硫石膏 30%）與配比 2（半水—脫硫石膏 50%）的抗壓強度在 3 天為最好，14 天強度有所減弱，呈現的曲線波動大抵相同。對比三種配比，配比 3（半水—脫硫石膏 60%）強度在 3 天時為最強，相比于配比 1、2 當半水—脫硫石膏成分為60% 時膠凝材料的早期強度很高。通過配比 3 的曲線分析，隨著半水—脫硫石膏成分的增加至 60% 時，隨著齡期的增加膠凝材料在 3 天的時強度達到最高，7 天和14 天有所減弱，原因在于粉刷石膏材料早期反應過于激烈，容易在材料內部形成缺陷，以致后期強度下降。對比 3 種配比曲線圖，可知配比 3 為試驗所得的最佳強度，此時強度對比 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業標準中的強度要求（≥4MPa）已經遠遠符合條件。綜上所述，考慮到經濟成本和膠凝材料性能良好兩方面，半水—脫硫石膏的摻量為 60% 為最佳。

4 結論

本文以半水—脫硫石膏為主，輔以礦渣、水泥等原料，制備石膏基粉刷石膏的材料，對半水-脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗研究，通過試驗，得出以下結論：

（1）由試驗結果，可知半水—脫硫石膏比為 60%時 3 天、7 天和 14 天強度均最強。初步確定半水—脫硫石膏 60% 配比時強度最強，即脫硫石膏 60%、礦渣30%、水泥 9%、緩凝劑 1% 的配比為最佳配比，此種配合比膠凝材料強度最高。

（2）試驗中當半水—脫硫石膏摻量增加，礦渣的成份減少，用水量也隨之增加，此膠凝材料隨之凝結時間也隨之變快。

（3）半水—脫硫石膏制備膠凝材料時，半水—脫硫石膏摻量少量增加，隨著脫硫石膏總量增多，強度增加越加明顯。

（4）試驗所得最佳配比中隨著齡期的增加，強度開始有所減弱，原因在于石膏基膠凝材料早期反應過于激烈，容易在材料內部形成缺陷，以致后期強度下降。

（5）本試驗所得半水—脫硫石膏膠凝材料的性能達到了 JC/T517—2004《粉刷石膏》的行業標準，可以用于粉刷石膏的生產。