脱硫石膏代替天然石膏作缓凝剂的应用研究

李赵相,殷宝贤,李桂燕,刘凤东,王冬梅,张晓东

(1.天津市建筑材料科学研究院,天津 300381;2.天津市建筑

材料集团(控股)有限公司,天津 300381;3.天津宜拓商贸有限公司,天津 300410)

脱硫石膏代替天然石膏作缓凝剂的应用研究

李赵相1,殷宝贤2,李桂燕1,刘凤东1,王冬梅1,张晓东3

(1.天津市建筑材料科学研究院,天津 300381;2.天津市建筑

材料集团(控股)有限公司,天津 300381;3.天津宜拓商贸有限公司,天津 300410)

通过不同掺量脱硫石膏作为缓凝剂磨制硅酸盐水泥的小磨实验,及干法造粒成球脱硫石膏和其他混合材搭配生产普通硅酸盐水泥的大磨实验研究,结果表明成球脱硫石膏完全可以代替天然石膏作水泥缓凝剂应用于水泥工业生产,所生产的水泥符合国家标准要求,且强度稍有提高。

脱硫石膏; 水泥性能; 缓凝剂

水泥的生产过程可概括为“两磨一烧”,其中在最后磨制阶段需加入石膏以延缓水泥的凝结速度,便于施工操作。目前绝大多数水泥生产企业仍采用传统生产方式,以匮乏的矿产资源天然石膏作为水泥缓凝剂,采用火力发电厂烟气脱硫时生成的工业副产物脱硫石膏作为水泥缓凝剂,是非常有效的废物资源化途径,扩大了脱硫石膏的综合利用[1],也降低了水泥生产成本,能够创造良好的经济、社会和环境效益。对于脱硫石膏作为水泥缓凝剂的工业应用研究主要集中在直接添加和设备改进两方面[2-6],该文基于小磨实验进行了脱硫石膏作为水泥缓凝剂的可行性实验,最后将脱硫石膏采用干法造粒成球后在水泥工业生产中作了应用研究。

1 实 验

1.1 原材料

实验选取的脱硫石膏原材料产于天津市北疆电厂,成球脱硫石膏水泥缓凝剂是天津宜拓商贸有限公司将脱硫石膏原材料烘干后,再利用干法辊压造球工艺所得。原材料还有水泥熟料、天然石膏、矿渣和石灰石,石膏原材料的化学分析见表1,水泥熟料原材料的化学分析见表2。

表1 石膏原材料的化学分析 /%

表2 水泥熟料原材料的化学分析 /%

1.2 方法

脱硫石膏原材料在自然条件下干燥,测得附着水为0.3%,随后将脱硫石膏及天然石膏按配比要求计量后在球磨机中混磨30 min,小磨粉磨实验水泥细度达到了国家标准要求,水泥厂大磨实验是将成球脱硫石膏及各种混合材按配比要求按照实际生产工艺进行生产水泥样品。

水泥的化学指标按照GB/T 176—2008进行测试;水泥的物理性能按照GB/T 1346—2001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/T 17671—1999测定水泥各龄期强度。

2 实验结果

2.1 石膏不同掺量的硅酸盐水泥小磨实验

天然石膏与脱硫石膏按照表3配比进行磨制硅酸盐水泥实验,制成的硅酸盐水泥的化学指标分析结果见表4,物理性能见表5。

从表4可以看出,石膏不同掺量下制成的各种水泥,除SO3、Cl-化学指标随着脱硫石膏掺量的增加而有所增大,其余化学指标差别不大;而从表5可以得知不同掺量的石膏对水泥物理性能无明显影响,仅抗压强度有所增加。

表3 硅酸盐水泥配比

表4 石膏不同掺量的硅酸盐水泥化学指标分析结果 /%

表5 石膏不同掺量的硅酸盐水泥的物理性能

2.2 成球脱硫石膏和其他混合材搭配的大磨实验

为了检验成球脱硫石膏水泥缓凝剂对掺加混合材的普通硅酸盐水泥生产的影响,将成球脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣和石灰石按表6所示配比生产普通硅酸盐水泥,并分别测试化学指标和物理性能后进行对比,化学指标分析结果见表7,物理性能结果见表8。

表6 普通硅酸盐水泥生产配比

表7 普通硅酸盐水泥化学指标分析结果 /%

表8 普通硅酸盐水泥物理性能

由表8物理性能可以看出,完全使用成球脱硫石膏作水泥缓凝剂生产的普通硅酸盐水泥,与脱硫石膏和天然石膏按比例生产的水泥性能相差不大,但是比天然石膏生产的水泥性能略好一些。而从表7知,无论是天然石膏还是脱硫石膏作水泥缓凝剂,对水泥的化学指标影响均不大。

3 分析讨论

3.1 脱硫石膏对水泥凝结时间的影响

从小磨实验结果表5可以看出,硅酸盐水泥的凝结时间随着脱硫石膏掺量的增加而明显延长,但从大磨生产结果表8可知,普通硅酸盐水泥的凝结时间并不受脱硫石膏掺量的影响。由表1可知,脱硫石膏中的半水亚硫酸钙明显高于天然石膏,亚硫酸钙与熟料共存时易引起水泥的凝结时间延长[1],因此,对硅酸盐水泥的凝结时间影响较大;但是对普通硅酸盐水泥来说,由于混合材的加入,熟料的掺量相对减少,从而脱硫石膏对其凝结时间的影响就不明显。

3.2 脱硫石膏对水泥强度的影响

从小磨及大磨实验结果均可以得知,用脱硫石膏制成的水泥强度要高于天然石膏。因为脱硫石膏中SO3含量高于天然石膏,而水泥的强度会随着一定SO3含量的增加有所增加;同时脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶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;况且脱硫石膏中碳酸钙颗粒的两种存在形式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[2]。

3.3 成球脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂的可行性

通过石膏不同掺量的硅酸盐水泥小磨实验结果,可以验证脱硫石膏替代天然石膏作水泥缓凝剂具有可行性;而成球脱硫石膏和其他混合材搭配生产普通硅酸盐水泥的大磨实验结果表明,生产出的水泥各项指标都符合GB 175—2007国家标准要求,并且与天然石膏相比利于水泥性能提高,也直接解决了生产中物料的粘结、结壁及堵料情况的发生[4],因此,成球脱硫石膏完全可以代替天然石膏作为水泥生产的缓凝剂。

4 结 论

a.硅酸盐水泥的凝结时间随脱硫石膏掺量的增加而增加,普通硅酸盐水泥凝结时间不受脱硫石膏掺量的影响。

b.与天然石膏相比,脱硫石膏作为水泥缓凝剂生产的水泥强度性能略有提高。

c.成球脱硫石膏缓凝剂完全可以应用于水泥工业生产中。

[1] 王方群,原永涛,齐立强.脱硫石膏性能及其综合利用[J].粉煤灰综合利用,2004(1):41-44.

[2] 顾雪慈,赵虎奎,练礼财,等.脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂[J].水泥,2006(12):32-35.

[3] 韩 晖,郗金旭.脱硫石膏作为水泥缓凝剂的试验研究[J].建材世界,2011,32(2):13-17.

[4] 吴行才.脱硫石膏作水泥缓凝剂的生产应用[J].水泥,2011(2):30-31.

[5] 陈 勇.脱硫石膏代替天然石膏作缓凝剂的生产实践[J].水泥工程,2008(2):30-31.

[6] 屈浩然,李蕾蕾,张伟超.脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂技改工程的设计及应用[J].河南建材,2011(3):16-17.

Application Research of Substitue Desulfogypsum for Natural Gypsum as Retardant

LI Zhao-xiang1,YIN Bao-xian2,LI Gui-yan1,LIU Feng-dong1, WANG Dong-mei1,ZHANG Xiao-dong3
(1.Tianjin Research Academy of Building Material Science,Tianjin 300381,China;2.Tianjin National Building Materias Group(holding),Ltd,Tianjin 300381,China;3.Yituo Tianjin Co,Ltd,Tianjin 300410,China)

The laboratory experiment that grinding Portland cement with different mixing amount of desulfurization gypsum adding in for retarder and the industrial experiment that the production of ordinary Portland cement with desulfurization gypsum made by dry process granulitization technology mixing with other hybrid materials were carried out in the study.The results show that the balling desulfurization gypsum could replace the natural gypsum to be used as cement retarder in cement industrial production.The production of cement could meet the requirements of national standards and has a little higher strength than that produced by natural gypsum.

desulfurized gypsum; cement properties;retarder

2014-08-04.

天津市科委技术开发工作扶持经费项目(YSK2009-35).

李赵相(1988-),助理工程师.E-mail:liqiwork@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.008