工業副產石膏（磷石膏）作為緩凝劑在水泥中的應用

湯銀浩

（江蘇金峰水泥集團有限公司，江蘇 常州213342）

0 引言

磷石膏中的二水硫酸鈣含量大大高于天然石膏，是一種很重要的再生石膏資源，但是由于磷石膏中存在一些與天然石膏不同的有害雜質，如磷、氟、有機物等，這些雜質對其應用性會產生不利影響。因此，在天然石膏資源不斷減少、化學石膏不斷增加的情況下，磷石膏的改性及去雜質方法的研究，對促進化學石膏的綜合利用具有重要意義。

1 影響水泥強度的因素

影響水泥強度的因素有熟料質量、比表面積、水泥細度、顆粒分布、外摻石灰石質量、礦渣活性系數、水泥初、終凝時間等。

2 緩凝劑的作用

石膏作為緩凝劑，在水泥中的作用至關重要，可以針對混凝土攪拌企業的需求，在國家規定范圍內為不同企業匹配適應企業需求的混凝土凝結時間、坍落度損失等。

3 改性磷石膏的性能

改性磷石膏是由普通磷石膏（濕）與煅燒過后的磷石膏（干）混合，干、濕混合比例按用戶需求定制，經煅燒處理，改變磷石膏內部性質。通過試驗，利用改性磷石膏，可將磷石膏中對水泥有害的雜質轉化為難溶鹽，并能改善磷石膏中硫酸鈣的溶解性能。同時，在生產過程中普通磷石膏和煅燒前的磷石膏均添加了一定量的石灰進行中和，石灰中和可消除可溶磷、氟的影響，經濟、實用。有機物含量高時，石灰中和反應更適用，磷石膏膠結材料性能對石灰摻量很敏感，故磷石膏品種比較穩定，利用干、濕混合生產工藝可解決磷石膏含水率高的問題，部分有害雜質得到有效去除，水泥初、終凝時間達生產需求。實踐證明，改性磷石膏作為緩凝劑能滿足水泥混凝土攪拌企業的各方面需求，可以替代天然石膏用于水泥生產，使用更安全、更節能。

4 改性磷石膏的優勢

（1）改性磷石膏是白色細末狀，不需要像天然石膏那樣經過破碎才能使用，有效簡化了工藝，為水泥企業節約了設備、電耗及人工成本，入磨計量方便，配比比較均勻穩定。因磷石膏中二水硫酸鈣含量大大高于天然石膏，所以SO3和結晶水的含量完全優于天然石膏，經處理有害雜質后，質量穩定，水泥中同等SO3情況下，用量明顯下降，通過小磨試驗，各項指標優于天然石膏。實踐中，只要SO3控制合理，對水泥強度早期激發比較明顯。

（2）水分穩定、因地適宜，可根據不同的天氣、不同的儲料下料設備，匹配客戶要求，保證下料順暢。

（3）不同季節不同廠對PH值的要求不同，通過多次試驗及實際生產運用，冬季生產PH值9.0∽10.0，夏季生產PH值8.0∽9.0，區分要求后，既可保證質量又能保證氣溫變化對凝結時間的要求。

（4）經過長期實踐，改性磷石膏對入磨熟料溫度的要求優于天然石膏，不因入磨熟料過高而使石膏產生脫水現象，從而有效保證了水泥產品質量。

（5）同等SO3指標控制的情況下水泥產品的適應性和泌水性優于天然石膏，解決了客戶對水泥適應性的要求。

5 設備改造和技術支撐

為了大量使用改性磷石膏，江蘇金峰水泥集團有限公司專門技改配備了每臺磨約80 t的儲料倉和電子皮帶秤，實際使用下來經濟合理、質量穩定。

6 試驗方法及方案

6.1 試驗原料

改性磷石膏取自山東泰山石膏廠石膏成品庫房，物料在裝車運輸時取樣，為正常運輸抽檢樣品。熟料為江蘇金峰水泥集團有限公司5 000 T/D新型干法旋窯生產線現場取樣樣品。

6.2 試驗方法

水泥比表面積的測定按GB/T8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》進行；水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性按GB/T1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行；水泥膠砂強度按GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測定；石膏PH值測定：取烘干至恒重的石膏2 g，加入10 ml蒸餾水中，使用精密PH試紙檢測。

6.3 試驗方案

為充分了解磷石膏的性能，試驗中采用二水石膏和磷石膏分別與同等質量熟料進行小磨試驗，3 d和28 d天熟料小磨試驗強度；四臺水泥測試泥磨連續應用磷石膏后物理性能數據對比結果。

緩凝劑（二水石膏/改性磷石膏）性能指標見表1，熟料小磨試驗數據對比，結果見表2。

表1 主要技術指標（二水石膏/改性磷石膏）

表2 同組熟料用二水石膏和改性磷石膏不同摻量試驗對比

以下是4臺水泥磨使用改性磷石膏后質量情 況見表3。

表3 4臺水泥磨使用改性磷石膏后質量情況

6.4 試驗結果分析

熟料中摻加天然石膏和改性磷石膏各種物理性能試驗結果表明，運用一半的改性磷石膏量，就能達到和天然石膏相等的凝結時間，表明改性磷石膏緩凝效果較天然石膏好，說明改性磷石膏具有更好的緩凝效果。

從熟料的抗折強度對比分析，同等凝結時間抗折強度略有差異；從熟料抗壓強度對比分析，同等凝結時間抗壓強度幾乎無差異。運用和天然石膏同等摻加量，凝結時間明顯偏長，3 d抗折強度略有變化，28 d抗折強度無明顯變化，3 d抗壓強度略有變化，但28 d抗壓強度有反超現象。

從水泥連續生產使用上觀察，凝結時間適當延長后，在水泥水化后期抗壓強度發揮更加明顯，隨著改性磷石膏摻量的增加，水泥中SO3含量增加，硬化漿體結構更密實，因而提高了水泥的強度。

7 結語

工業副產石膏（改性磷石膏）作為水泥緩凝劑在江蘇金峰水泥集團有限公司應用多年，現已成熟使用在生產中，從經濟角度看，改性磷石膏的SO3含量高于天然石膏，使用量大大減少，節約成本明顯。

從質量看，由試驗數據可以看出，該產品符合生產通用硅酸鹽水泥要求，初凝、終凝、抗折強度、抗壓強度均符合國家標準，產品性能完全可以替代天然石膏。同等熟料質量、應用同等或較少石膏摻量，無論是凝結時間還是強度等指標，改性磷石膏都優于其他石膏，經濟效益和社會效益顯著。