磷石膏在水泥制品中的应用

罗进峰

摘 要：分析了脱硫石膏的主要成分、应用机理和分类，并研究了替代天然石膏的可行性、对水泥缓凝性能的影响、优点及注意事项。将脱硫石膏用作水泥缓凝剂，可以提高水泥生产企业的经济效益。

关键词：脱硫石膏;水泥;应用;实践

目前，中国的SO2污染主要来源于燃煤烟气中的SO2，而通过烟气脱硫，可以减少SO2的排放量。而现今应用最广泛的脱硫工艺会产生副产物—脱硫石膏，而且数量非常庞大，因此，应对其进行综合利用。有关试验研究显示，将脱硫石膏用于生产水泥，既能节约资源，又可以减少生产成本，从而实现节能减排。

1 概述脱硫石膏

1.1 化学组成

脱硫石膏（CaSO4·2H2O）中，一般含90%以上的CaSO4+CaSO4·2H2O，高于天然石膏的 70%至80%。如表1所示为几种厂家脱硫石膏的化学成分，如果用作缓凝剂，均能满足要求。

1.2 应用机理

在水泥生产中，脱硫石膏的应用机理如下：脱硫石膏是一种工业副产品，由火电厂进行烟气脱硫时，CaCO3与SO2反应所生成，主要为二水硫酸钙，还含一些其他杂质。根据国家倡导的节能环保方针，以及综合利用工业废渣的政策，将脱硫石膏用作缓凝剂进行水泥的生产，既能减少成本，又能变废为宝。

1.3 应用分类

目前，根据煅烧与否，对脱硫石膏进行应用分类：①不煅烧，直接使用;②煅烧（脱水）脱硫石膏，制成熟石膏，再进行利用。第一种情况作为水泥缓凝剂或代替全部的天然石膏进行水泥生产等，第二种情况主要作为建筑石膏或用于石膏硬性胶凝材料的配制。

2 在水泥生产中脱硫石膏的应用

2.1 分析替代可行性

天然石膏（CaSO4·2H2O）的缓凝作用机理为，石膏能快速和Ca（OH） 2、C3A反应，生成水化硫铝酸钙C3A3·CaSO4·Ca（OH）2，它难溶于水，会在沉积C3A表面，进而形成包裹层，阻止C3A进一步发生水化，而降低铝酸盐的溶解度，致使不能分离出铝酸钙的水化产物。所以，决定凝结时间的将不再是C3A，而是C3S胶体溶液，其反应慢，而且随着其浓度的增加，会延缓水泥的凝结。

脱硫石膏主要包括CaSO4·2H2O以及一些少量的亚硫酸盐，其主要成分和天然石膏均为CaSO4·2H2O，而有关研究显示，少量的亚硫酸盐能稍微延缓水泥凝结，而不影响水泥的其它物化性能，通过对熟料配料方案的调整，提高C3A在水泥熟料中的含量，减少水泥凝结时间，进而控制亚硫酸盐的延长作用，能在确保水泥质量的基础上，将脱硫石膏应用到水泥的生产中。

掺入天然石膏或脱硫石膏3%至5%，水泥的各种物理性能均较为相似，而且都与国家标准相符。若掺入3%的脱硫石膏，相较于掺4%、5%的，水泥的凝结时间约延长了35分钟。若掺入4%、5%的天然石膏，相较于掺入等量的脱硫石膏，水泥的凝结时间约延长了30分钟。随着SO3含量的增大，掺脱硫石膏的水泥，其强度进行无规律的改变，而掺天然石膏的水泥，其强度却会略有增加。

在石膏中，CaSO3及可溶性盐，有利于水泥的强度增大以及混合材活性的激发;而CaSO3过量，而且和石膏一起时，水泥的凝结时间易被延长。将脱硫石膏用作缓凝剂生产的水泥，其强度和用天然石膏生产水泥的一样，而且有些品种水泥的强度还会有所提高。

2.2 用作水泥缓凝剂

（1）研究含不同SO3量时，硅酸盐水泥的性质。通过多次重复试验发现，掺入脱硫石膏后的水泥中，含2.5%至3.0%的SO3时，水泥具有较高的强度，与掺等量天然石膏的相比，凝结时间稍长，且比表面积稍大。

（2）混合掺入脱硫石膏及天然石膏时，水泥的性能。通过多次重复试验，将脱硫石膏与天然石膏分别按1∶1、2∶1及1∶2的比例掺入，进行水泥生产，结果显示，水泥性能均较相似，只是凝结时间不同，主要原因为厂家掺入脱硫石膏的量不同而导致的。

（3）掺入脱硫石膏生产水泥的性质。为了验证脱硫石膏对水泥性能的影响，按如表2所示的配比，开展试验。如表3所示为将脱硫石膏用作缓凝剂而生产的普通水泥的性能，可以看出，水泥性能与应用标准完全符合。

2.3脱硫石膏用于水泥生产的优点

2.3.1 易磨、比表面积大

掺入脱硫石膏后，粉磨时间相同时，生产的水泥具有较多的细颗粒，比表面积也较大。相关实践也显示，对于易磨性，脱硫石膏优于天然石膏。

2.3.2 免税

针对废渣资源的免税利用，国家发改委、财政部及税务总局最新政策规定，利用脱硫石膏生产水泥，能免税。

2.3.3 降低成本、增大市场竞争力

水泥企业利润率普遍较低，为了增强市场竞争力，只能降低成本。天然石膏和脱硫石膏的售价一般分别为150元/吨和100元/吨，在水泥中，以掺量为4%进行计算，每吨水泥能减少（150-100）×4%=2元。目前，根据我省水泥行业的政策，每个企业最低按65万吨进行计算，每年大约能减少成本支出65万×2元=130万元，对于水泥企业来说，这是一件变废为宝的大好事。

2.4 注意事项

在利用脱硫石膏生产水泥时，需要注意：①脱硫石膏和熟料的生产厂家不同时，使用前，均应先通过小磨试验，找出最佳掺量;②为了保证掺量稳定，使用前应增大检验频率;③脱硫石膏成球后，强度虽然增大了，但是却存在附着水，应进行加强控制，避免水分过大而导致下料不均，进而影响石膏掺量，不利于水泥的各项性能;④尽量使粉磨后的水泥均化。

3 结  语

总之，对比天然石膏和脱硫石膏发现，它们的物、化学性质及矿物组成均相似。将脱硫石膏用作水泥缓凝剂，水泥性能与应用标准完全符合，而脱硫石膏的成本比天然石膏的要低很多，利用脫硫石膏替换天然石膏，能减少生产成本;而且可以很好的利用固废的脱硫石膏，废物被资源化利用，实现了综合利用脱硫石膏的目的，具有良好的环境效益，能产生可观的社会及经济效益。

参考文献

[1]张文艳.烟气脱硫石膏做水泥缓凝剂的研究[D].河南理工大学，2010.

[2]徐午言.超细石膏粉体改性水泥基材料技术研究[D].西南科技大学，2016.

[3]毛树标.烟气脱硫石膏综合利用分析[D].浙江大学，2005.