不同工業(yè)副產(chǎn)石膏作水泥緩凝材料的搭配方案

楊屹朝，李經(jīng)堂，向叢陽

（1.葛洲壩荊門水泥有限公司，湖北 荊門448000；2.中國葛洲壩集團水泥有限公司，湖北 武漢 430070）

0 引言

為響應(yīng)國家環(huán)保政策，加大資源綜合利用效率，我公司積極尋找天然石膏替代產(chǎn)品，近年來先后使用脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏作為水泥緩凝材料。生產(chǎn)實踐過程中發(fā)現(xiàn)，我公司過去使用天然石膏作為水泥緩凝材料時，制定的冬季w（SO3）控制值1.8%±0.2%，夏季w（SO3）控制值2.4%±0.2%無法適用于工業(yè)副產(chǎn)石膏生產(chǎn)水泥。為確定不同工業(yè)副產(chǎn)石膏控制指標，我公司對不同種類石膏及其復(fù)配石膏對水泥性能的影響進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)搭配使用不同石膏作為緩凝材料，可有效解決使用單一石膏遇到的相關(guān)問題，探索出混合石膏最佳搭配方案。

1 試驗準備

1.1 原材料

試驗所需熟料取自本公司出窯熟料，破碎后備用，熟料礦物組成及化學(xué)指標檢測數(shù)據(jù)見表1。

粉煤灰Ⅱ、石灰石粉末、脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏均從生產(chǎn)現(xiàn)場取樣，烘干后備用。其中，磷石膏為磷化工企業(yè)排放的黃色原狀磷石膏，儲存時間超過5年，未經(jīng)過改性。各材料化學(xué)分析檢測見表2。

1.2 試樣制備

將破碎后粒徑5～7mm熟料與烘干恒重的粉煤灰Ⅱ、石灰石粉末、石膏按照P·O42.5水泥進行配料，石膏分別選用脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏，石膏摻比由3%到7%，配料表見表3。物料經(jīng)標準水泥試驗小磨粉磨至水泥比表面積360±10m2/kg。

表1 熟料的成分及礦物組成

表2 原材料化學(xué)分析 %

表3 單一石膏性能試驗配比

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同種類石膏對水泥性能的影響

2.1.1脫硫石膏試驗

單獨使用脫硫石膏制備小磨樣品A1～A7，檢測樣品物理性能見表4。

由樣品檢測結(jié)果可知：

（1）從提升水泥強度考慮，單獨使用脫硫石膏，水泥w（SO3）最佳控制指標為2.50%～2.70%。

（2）冬季為控制水泥初凝時間200min，單獨使用脫硫石膏，水泥w（SO3）控制指標宜調(diào)整為2.10%～2.30%。

2.1.2磷石膏試驗

單獨使用磷石膏制備小磨樣品B1～B7，檢測樣品物理性能見表5。

由樣品檢測結(jié)果可知：

（1）從提升水泥28d強度考慮，單獨使用磷石膏，水泥w（SO3）最佳控制指標為2.60%～2.80%。

（2）使用磷石膏作為緩凝材料，水泥各齡期強度相較于脫硫石膏均有一定幅度下滑，使用過程中，需注意水泥配比調(diào)節(jié)。

（3）磷石膏中含有的磷、氟以及有機質(zhì)等雜質(zhì)會對水泥凝結(jié)造成較大影響[1，2]，隨著磷石膏摻入量提升，水泥凝結(jié)時間延長幅度較大，須加以控制，夏季單獨使用磷石膏，水泥w（SO3）控制指標宜選用2.40%～2.60%，冬季不宜使用磷石膏。

表4 脫硫石膏水泥樣品物理性能檢測值

表5 磷石膏水泥樣品物理性能檢測值

2.1.3鈦石膏試驗

鈦石膏是采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時，為治理酸性廢水，加入石灰（或電石渣）以中和大量的酸性廢水而產(chǎn)生的以二水石膏為主要成分的廢渣，有報道鈦石膏作水泥緩凝劑時，其中的Fe（OH）3、Al（OH）3以及FeSO4等雜質(zhì)及其含量不同會對水泥性能產(chǎn)生不同的影響[3，4]。單獨使用鈦石膏制備小磨樣品D1～D7，檢測樣品物理性能見表6。

由樣品檢測結(jié)果可知：

（1）從提升水泥強度考慮，單獨使用鈦石膏，水泥w（SO3）最佳控制指標為2.20%～2.50%。

（2）生產(chǎn)使用鈦石膏作為緩凝材料，水泥各齡期強度相較于脫硫石膏均有顯著提升，但對水泥凈漿流動度影響較大，為滿足出廠水泥適應(yīng)性需求，夏季不宜使用鈦石膏，冬季單獨使用鈦石膏，w（SO3）控制指標宜選用1.80%～2.20%，但水泥流動度偏低。

2.2 鈦石膏與磷石膏復(fù)配試驗

通過對三種工業(yè)副產(chǎn)石膏特性試驗，脫硫石膏對水泥使用性能影響不大，鈦石膏對提高水泥的強度有積極作用，但會降低水泥的流動度，磷石膏對水泥凝結(jié)時間和早期強度有一定負面影響，但相比脫硫石膏和鈦石膏，水泥的流動度更高。因此，為驗證鈦石膏與磷石膏使用性能是否具有互補性，進行了石膏復(fù)配試驗，檢測樣品物理性能見表7。

由樣品檢測結(jié)果可知，鈦石膏與磷石膏搭配使用時，可有效解決使用單一石膏時水泥強度或適應(yīng)性下滑問題，水泥綜合性能優(yōu)于使用單一工業(yè)副產(chǎn)石膏，并且能夠靈活控制水泥凝結(jié)時間。

2.3 副產(chǎn)石膏搭配工業(yè)化應(yīng)用

依據(jù)以上試驗研究結(jié)果，公司針對不同季節(jié)制定了相應(yīng)的石膏搭配工業(yè)化應(yīng)用方案。夏季以磷石膏為主，搭配一定的脫硫石膏或鈦石膏，冬季以脫硫石膏和鈦石膏搭配，從而使得水泥的凝結(jié)時間、強度和流動度滿足客戶在特定環(huán)境下使用要求，并最大化利用價格更低的工業(yè)副產(chǎn)磷石膏和鈦石膏，降低生產(chǎn)成本。我公司2018年11月開始使用鈦石膏、磷石膏和脫硫石膏進行復(fù)配石膏生產(chǎn)實踐，以P·O42.5產(chǎn)品為例，統(tǒng)計夏（2019年8月）、冬（2019年11月）不同季節(jié)出廠水泥檢測均值見表8。由生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，夏季按鈦石膏∶磷石膏=1∶3搭配使用，水泥w（SO3）控制指標2.5%±0.2%，冬季按鈦石膏∶脫硫石膏=2∶1搭配使用，水泥w（SO3）控制指標2.0%±0.2%，可滿足市場對水泥產(chǎn)品的需求。

3 小結(jié)

（1）水泥企業(yè)因熟料、混合材料、緩凝材料等存在的差異，使用不同工業(yè)副產(chǎn)石膏作為緩凝材料時，結(jié)合本公司實際情況，優(yōu)化石膏搭配比例，制定合理w（SO3）控制指標，以提升產(chǎn)品性能，降低質(zhì)量成本。

表6 鈦石膏水泥樣品物理性能檢測值

表7 鈦石膏、磷石膏復(fù)配樣品物理性能檢測值

表8 復(fù)配石膏生產(chǎn)水泥物理性能檢測值

（2）鈦石膏有利于水泥強度提高，但對水泥流動度影響較大，可搭配一定的磷石膏減小水泥流動度方面的負面影響。

（3）以本公司42.5級水泥為例，夏季采用鈦石膏∶磷石膏=1∶3搭配比例，水泥SO3控制指標2.5%±0.2%，冬季采用鈦石膏∶脫硫石膏=2∶1搭配比例，水泥w（SO3）控制指標2.0%±0.2%，可滿足特定季節(jié)性環(huán)境客戶的需求，并最大化利用資源更豐富、價格更便宜的工業(yè)副產(chǎn)磷石膏和鈦石膏，降低生產(chǎn)成本。