脱硫石膏代替天然石膏生产复合水泥的研究及应用

宋发忠

河南省商城县水泥粉磨有限公司（465343）

0 前言

在水泥的生产过程中，天然石膏是目前水泥行业使用最为广泛的缓凝剂。但由于天然石膏是不可再生资源，随着我国水泥产能的不断增大，天然石膏资源显得日益紧张，价格也是逐年升高。为了解决这一难题，国内部分水泥行业已经起步将脱硫石膏利用到水泥企业生产中来。但由于脱硫石膏与天然石膏存在着物理、化学性质上的差异会直接影响其在水泥领域的应用效果，因此从脱硫石膏和天然石膏的物理性质、化学性质、小磨试验数据及大磨工业性生产实践等方面进行综合对比分析,总结出脱硫与天然石膏对复合水泥性能的影响及相互替代情况。

1 脱硫石膏及天然石膏的性质

1.1 物理性质

原状脱硫石膏外观通常呈灰白色或灰黄色，当脱硫装置运行不稳定有粉煤灰进入时，脱硫石膏呈黑色含有15%～20%的附着水，呈胶粘状。脱硫石膏粒度细，80 um以下的颗粒达97.1%以上，通常情况下，脱硫石膏粒径为1～250 um，主要集中在30～60 um.而天然石膏为大块状，需要破碎机破碎后使用，易磨性差。

1.2 化学组成

脱硫石膏（信阳华豫电厂）与天然二水石膏（湖北荆门）化学成分对比见表1。

表1 脱硫石膏（信阳华豫电厂）与天然二水石膏（湖北荆门）化学成分对比

二者相比，脱硫石膏的SO3、碱、SiO2的含量明显高于天然石膏，而MgO含量却低于天然石膏。

2 脱硫石膏与天然二水石膏作水泥缓凝剂的对比试验

2.1 试验原材料

原材料分别为：信阳华豫电厂脱硫石膏、湖北荆门天然二水石膏、安徽金龙旋窑熟料、信阳华豫电厂粉煤灰、商城石灰石。

2.2 试验方法

将各种原材料按复合硅酸盐水泥配比要求计量后混均匀，按照GB/T1346-2011进行水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性的测定,按照GB/T17671-1999测定水泥各龄期强度。

2.3 试验结果与讨论

2.3.1不同石膏不同掺量对复合水泥物理性能的影响

由表2可知，掺脱硫石膏或天然石膏2%时，水泥凝结时间偏短，强度较低且不符合国家水泥标准规定。而掺3%～5%时，水泥的各项物理性能都符合国家水泥标准的规定。掺脱硫石膏3%～4%时水泥的凝结时间比掺2%及5%时偏长了30 min左右，但胶砂强度却提高了10%以上，并且与掺天然石膏3%～5%相近。掺天然二水石膏3%～5%时虽凝结时间没有明显变化，但水泥胶砂强度随着SO3含量的增加而略有提高。综合以上实验认为：当掺脱硫石膏3%～4%即SO3控制在2.0±0.2时与掺天然二水石膏4%～5%即SO3控制在2.3±0.2时生产复合水泥的物理性能基本一致。

2.3.2对水泥易磨性的影响

通过试验还可以得出，粉磨时间相同时，加脱硫石膏的水泥比表面积都明显偏大。这主要是因为脱硫石膏的易磨性比天然石膏要好，而且脱硫石膏本身是细粉物料，对熟料有助磨作用，所以在相同的时间内，磨得的水泥细颗粒较多，比表面积明显偏大。

2.3.3脱硫石膏对水泥胶砂强度的影响

因为脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶性盐，如K+盐、Na+盐，这些杂质的存在有利于加速水泥水化，对促进水泥强度发展，激发混合材活性的充分发挥，对水泥结构性能都有提高作用。在杂质含量相同的情况下，就脱硫石膏而言，没有参加反应的碳酸钙颗粒一部分以石灰石颗粒形态单独存在，另一部分以核形式存在于二水硫酸钙中心，这就增加了有效参与水化反应的硫酸钙颗粒数量，使其有效组分高于天然石膏，而天然石膏杂质在水化时一般不能参加反应，所以在一定程度上天然石膏性能不及脱硫石膏。

3 工业性生产

由于脱硫石膏水分偏大，高达20%以上，易堵塞下料点，直接是无法掺兑的。只能通过晴天晾晒后入库，同时采用刚购进的化肥厂热煤渣（温度大约50℃左右）作载体，与脱硫石膏按1：1搭配，铲车均匀拌料后入库储存。之后进入库容50 t左右的锥形料槽，锥形料槽要求倾角大于70℃以上，槽口安装振打器。下设皮带秤将脱硫石膏与煤渣混合料通过微机配料入水泥磨。经过一年多的大磨工业性生产得出了以下水泥性能，见表3。

表2 脱硫石膏与天然石膏性能

表3 水泥性能

图1 掺兑脱硫石膏工艺图

由表3说明：用脱硫石膏替代天然石膏是完全可以的，不仅可以略提高水泥质量而且还对水泥磨机产量有利。

4 结论

通过研究可知，脱硫石膏与天然石膏在物理性质、化学组成、矿物形成及比对实验等方面都极为相似。脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂的各项实验和生产实践数据都符合国家标准，这说明该种脱硫石膏可以代替天然石膏用作复合硅酸盐水泥缓凝剂。又因为脱硫石膏作为固体废弃物是资源综合利用材料，成本远低于天然石膏，所以用脱硫石膏代替天然石膏生产复合水泥能产生良好的环境效益、社会效益及为企业创造可观的经济效益。

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