何为脱硫石膏，可否用作水泥缓凝剂
脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时由SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4·H2O,还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙,石灰石中所含有的其它杂质和少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%，其化学成分如表1。从化学分析可知,脱硫石膏不含对水化性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验，已给排污单位和水泥厂创造出非常好的经济、社会、环境效益。
表1 原材料化学成分
Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 0.64 CaO MgO SO3 合计 19.22 2.67 0.45 31.58 1.00 42.41 97.97
脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如表2、表3所示,从试验结果可知,脱硫石膏的掺量大于2.0%时,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格,随着石膏掺量增大,凝结时间延长,但强度变化不明显。与相同掺量天然石膏的水泥相比,脱硫石膏作缓凝剂的水泥初凝时间有所提前,终凝时间相差不大,强度比后者高5%左右。脱硫石膏掺量在2.5%～4%之间水泥性能较好。掺量低于2%,水泥的缓凝效果达不到要求。从上述结果可知,脱硫石膏可以和天然石膏一样用于硅酸盐水泥和普通水泥的生产。
表2 脱硫石膏对硅酸盐水泥性能影响 标准稠度3d强度(MPa) 28d强度(MPa) 石膏 掺量初凝 终凝 安定用水量种类 (%) (h:min) (h:min) 性 抗折 抗压 抗折 抗压 (ml) 脱 2.5 硫 3 石 4 膏 5 天 然 石 膏 2 3 4 5 2 120 120 120 120 120 113 113 112 110 0:14 1:06 1:05 2:15 2:45 0:11 1:57 2:35 2:55 0:41 2:15 2:37 3:05 3:57 0:17 2:34 3:06 3:48 / / / 35.7 34.9 34.7 34.1 / 34.1 35.0 34.5 / 9.2 9.2 8.9 9.1 / 8.9 9.0 8.7 / 70.3 71.4 69.5 68.7 / 67.5 70.1 68.3 合格 6.1 合格 6.0 合格 6.2 合格 5.9 / / 合格 5.7 合格 6.1 合格 5.7
表3 脱硫石膏对普通水泥性能影响
石膏 掺量种类 (%) 脱硫 石膏 天然 石膏 3 4 5 3 5 标准稠度3d强度(MPa) 28d强度(MPa) 初凝 终凝 安定用水量(h:min) (h:min) 性 抗折 抗压 抗折 抗压 (ml) 120 120 120 120 120 1:45 1:57 2:07 1:57 2:09 2:55 3:05 3:28 3:03 3:15 合格 4.8 28.9 8.1 60.3 合格 4.5 27.3 8.1 61.4 合格 4.6 26.8 7.8 60.2 合格 4.7 27.9 7.8 60.7 合格 4.6 27.6 8.2 62.1 注:普通水泥中,矿渣掺量为15%。
脱硫石膏对矿渣水泥和粉煤灰水泥性能影响如表4。可知,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,水泥性能正常发展,尤其是强度指标与天然石膏作缓凝剂的水泥保持在相同水平,有的还会高出5%～7%,对于低标号水泥提高的幅度要大一些,约为10%～20%左右。脱硫石膏在其中不仅作缓凝剂,同时还起到硫酸盐激发剂的作用,促进了水泥强度发展。
表4 脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能影响 石膏 掺量种类 (%) 3 4 脱 硫 石 膏 5 3 4 5 3 4 5 3 天 然 石 膏 4 5 5 5
表5是分别掺有矿渣和石灰石、矿渣和粉煤灰混合材的复合水泥以脱硫石膏作缓凝剂的性能,试验结果表明,脱硫石膏能够正常调节复合水泥的凝结时间,水泥性能优良。掺入石灰石的复合水泥性能明显优于掺入粉煤灰的水泥性能。
表5 脱硫石膏对复合水泥性能影响 脱硫 7d强度(MPa) 28d强度(MPa) 矿渣 粉煤灰石灰石初凝终凝石膏 (%) (%) (%) (h:min) (h:min) 抗折 抗压 抗折 抗压 (%) 24 3 20 17 14
从上述不同品种水泥的试验结果可知,脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶
17 30 8 12 2:18 2:05 4:07 4:17 5:05 6:07 6.7 6.4 6.2 5.7 38.7 35.6 34.7 33.1 8.2 7.8 7.7 7.2 57.5 56.4 54.6 53.8 粉煤灰20 粉煤灰40 矿渣33 粉煤灰20 粉煤灰40 矿渣33 活性材掺7d强度(MPa) 28d强度(MPa) 初凝 终凝 量 安定性 (h:min) (h:min) 抗折 抗压 抗折 抗压 (%) 1:47 2:18 2:30 2:30 2:10 2:05 4:30 4:15 4:10 1:23 2:28 2:45 2:50 4:52 2:52 3:12 3:24 4:10 3:55 4:05 7:00 6:50 6:55 3:03 4:20 4:20 4:05 7:05 合格 5.49 30.8 8.38 55.4 合格 6.68 38.7 8.72 57.4 合格 6.66 38.6 8.91 52.9 合格 7.05 42.5 8.2 合格 7.21 44.7 9.0 58.5 60.5 合格 6.97 42.0 8.57 61.0 合格 5.98 31.6 8.91 50.1 合格 6.21 31.7 8.85 50.7 合格 6.57 34.6 8.92 50.2 合格 6.71 36.1 8.75 60.3 合格 6.75 35.4 9.15 57.5 合格 7.55 39.7 9.56 60.4 合格 6.81 41.5 9.18 58.2 合格 6.72 36.4 9.6 52.3 2:38 3:45 注:水泥细度控制在2.8%～4.7%。 盐,如K、Na盐,这些杂质的存在有利于加速水泥水化,激发混合材活性的充分发挥,加之脱硫石膏细度大,在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触,迅速发生反应,能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤水泥和复合水泥,脱硫石膏既是缓凝剂,同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂,以及其中含有的CaCO3,对水泥结构性能有提高作用。
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