脱硫石膏在水泥生产中应用

《脱硫石膏作水泥缓凝剂研究
2010-01-31 06:19
河南省鼎鑫轻质建材公司研究了利用脱硫石膏作水泥缓凝剂的水泥性能以及脱硫石膏的作用机理。

研究表明,脱硫石膏中含有一定量的碳酸钙,掺入脱硫石膏,水泥凝结时间正常,对水泥力学性能和安定性有积极作用,可以代替天然石膏用于水泥生产。

此外还研究了脱硫石膏的造粒以及使用脱硫石膏给生产企业带来的显著经济效益。

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CaSO
4·H
2
O,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%。

脱硫石膏产量大,不受天然石膏产地的限制,将其用于水泥生产已引起人们的广泛关注。

国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验,我国近年才有脱硫石膏产出,尚未对其作水泥缓凝剂进行过系统研究,本工作针对发电厂年产30万吨脱硫石膏综合利用问题进行了深入研究工业副产石膏作为一种废弃物会污染环境。

将废弃物资源化,使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的途径。

这将给排污单位和水泥厂创造好的经济、社会、环境效益。

材料与实验方法主要原材料有脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、粉煤灰,化学成分如表1。

脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%。

主要杂质为未反应完全的CaCO3和部分可溶盐。

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。

天然石膏为灰白色块状。

粉煤灰为电厂干排灰,物理性能见表2。

矿渣为水淬高炉矿渣。

将水泥熟料、石膏及各种混合材按配比要求计量后在球磨机中混磨30min,水泥细度达到国家标准要求。

实测值,水泥0.08mm方孔筛筛余为7.0%～8.2%。

复合水泥细度2.8%～4.7%。

依据国家标准,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合水泥的性能进行了全面测试。

结果与讨论
脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响
脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如表3、表4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。

脱硫石膏对矿渣水泥、粉煤灰水泥性能的影响:脱硫石膏对矿渣水泥和粉煤灰水泥性能影响如表5。

从上述试验结果可知,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
脱硫石膏对复合水泥性能的影响
表6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。

注:水泥细度控制在2.8%～4.7%。

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。

脱硫石膏的造粒
粉状脱硫石膏在运输和生产使用中有诸多不便,所以国外利用脱硫石膏作水泥缓凝剂时都是将粉状石膏造粒成型。

引进的粉状石膏造粒设备价格昂贵,难以推广使用。

石膏的造粒过程就是增大粉末粒径的过程,在此过程中,粉末颗粒通过物质间自身的架桥作用,毛细管吸引压力,附着力,静电引力和机械咬合力等的作用形成大粒径的二次颗粒,二次颗粒的自身强度是评价造粒的主要指标。

石膏颗粒的破坏荷载要求不小于8kg为宜。

造粒的方式大致可分两大类,一类是靠挤力成粒,如挤式成球方法,另一类是靠外力对粉体施压使其形成颗粒,如压力造粒等。

这两种成型方式要求物料有较好的塑性,而脱硫石膏塑性差,另外投资大，回收效益低。

不宜采取这些方式。

我们在脱硫石膏中掺入少量胶结剂,这种胶结剂对水泥性能无任何影响,混合后的物料颗粒破坏荷载不小于9kg,能满足使用要求,
结论
(1)脱硫石膏是由石灰石粉末与二氧化硫反应生成的工业副产品石膏,不含对水泥性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。

(2)与天然石膏相似,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,掺入的脱硫石膏,各品种的水泥凝结时间均能满足国家标准的要求。

(3)脱硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性盐,对促进水泥强度发展,激发混合材活性发挥是有利的。

用脱硫石膏作缓凝剂的水泥强度与用天然石膏的水泥相当,部分品种水泥的强度有一定幅度的提高。

(4)掺少量胶结剂后使脱硫石膏自然成粒,既满足了运输和生产使用的要求,又不提高其生产成本。

最适合于中小企业和个人，投资小，见效快。

脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂
2010-01-31 06:43
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CaSO4·2H2O, 还含有一些杂质。

脱硫石膏如不加以利用,不但需要资金和土地建造堆场,而且还污染环境。

使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的将废物资源化的途径, 可以创造良好的经济、社会和环境效益。

本文对此进行了研究。

1 试验材料及方法
1.1 原材料（略）
2 试验结果（略）
3 分析讨论（略）
3.3 脱硫石膏对水泥强度的影响
从以上试验结果可以看出, 湿脱硫石膏在自然条件下干燥后, 制成的水泥的强度都要比用天然石膏稍高一些。

因为脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐, 如K 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。

4 工业试生产结果和实际应用计划
我们根据厂里设备的实际情况, 特提出如下应用方案计划:将湿脱硫石膏在堆场晾晒, 在实施过程中, 严格分区、分段堆放, 定期将经过晾晒水分含量较小的脱硫石膏入库。

同时将相应的设备作调整: 把石膏下料仓改为光滑的四棱台铁皮仓, 并增大下料口, 在仓的四面分别安装一个振动器, 来保证下料的通畅。

另外, 不对水泥工厂的设备进行改造, 因湿脱硫石膏所含水分较高, 采用压制造粒工艺, 将其直接压制成球, 在料棚内堆放, 使其自然干燥。

自然干燥后的粒状脱硫石膏能够在不采取烘干措施的同时, 适应水泥正常生产的要求, 也可以解决粉状脱硫石膏堵塞料仓的问题。

这也是一种有效方法。

5 结论
1) 脱硫石膏用作水泥缓凝剂, 在相同的粉磨时间内, 与天然石膏相比, 制成的水泥比表面积偏大。

2) 脱硫石膏能够延长硅酸盐水泥的凝结时间, 但对加入混合材的普通硅酸盐水泥几乎没有影响。

3) 与天然石膏相比, 用脱硫石膏制成的水泥强度稍高。

4) 工业试生产结果同样表明, 用脱硫石膏生产的水泥各项质量指标均能达到水泥标准的要求。

总的看来, 脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂, 可以用于水泥生产。

水泥缓凝剂的技改工程设计及应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的技改工程设计及应用
目前, 使用脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂已引起水泥厂的广泛关注。

我公
司曾负责两家水泥厂的脱硫石膏代替天然石膏项目的技改设计工作, 通过努力最终均达到了技改目的和效果, 现将具有代表性的开封水泥厂A、B 线脱硫石膏技改工程设计及运行情况作一介绍。

1 设计思路（略）
2 工艺流程（略）
3 实施中存在的问题及处理措施
为了保证料斗内物料的下料通畅, 将A、B 两线的脱硫石膏料斗下料口宽度加大, 设计为800mm 宽。

单机试运转和空载联动试车, 两套系统均能空载运行。

然而在负载试运转中, 由于料斗内物料大部分压在胶带机上, 料压较重, 无法启动料斗下的胶带机, 经初步分析认为原因可能在于物料太重, 启动力矩不够, 造成电动机难以负载启动, 电流过载造成料斗下控制胶带机速度用的变频器多次跳停。

为了减小料斗内物料对胶带机的料压, 曾采取了如下改进措施: 缩小料斗宽度至500mm; 料斗下加棒闸; 控制料层厚度。

经以上措施改进后, 电动机可以正常启动, 料斗下的胶带机也能正常运转, 但又出现了新的问题。

由于脱硫石膏的使用量较少( 约8t/h) , 料斗下的胶带机虽然经过变频器的调速调至最低限度, 输送量仍远大于8t/h。

经仔细的分析和研究, 发现主要原因可能在于胶带机运行速度太快( 1.0m/s) , 由于变频器本身的调速范在1∶10 左右, 正常工作频率约在额定频率的70%左右, 故经初步核算, 此胶带机的最低可调节的输送能力约为36t/h, 与实际生产中要求的8t/h 相比, 高出3.5 倍。

经再次核算, 料斗下胶带机的运行速度应为0.05m/s, 由于此速度非常小, 需要专门订制胶带机传动系统, 经核算, 传动系统需选用10 级电动机, 速比为500 的减速器方可满足速度控制的要求。

经设计变更后, 业主方重新订购料斗下胶带机的传动系统。

结果完全能达到正常配料和计量的要求, 而且取消了料斗下的棒闸料斗宽度又恢复到800mm, 也能正常运转。

现在A、B 两线水泥生产中已完全用脱硫石膏代替天然石膏, 实际运行已有4个月, 使用情况正常。

4 技改工程的投资及效益分析
本项目的技改工程费用包括修建脱硫石膏堆棚土建费, 工程项目设计及管理费, 土建施工费, 设备购置费, 设备安装工程费用等, 估算总投资在120万元左右。

全部用脱硫石膏代替天然石膏, 不但解决了火电厂大量脱硫石膏的处置难题, 而且为水泥厂带来了可观的经济效益, 按进厂脱硫石膏与天然石膏价差80 元/t 估算, A、B 两线2 台磨机年产水泥150万t,水泥中脱硫石膏掺加量按6%估算, 全年可利用脱硫石膏约9 万t, 全年可节约生产成本约720 万元, 技改工程总投资2 个月即可收回。

由此可见, 本技改工程项目的投资效果极为明显。

5结论
1)由于脱硫石膏本身水分大, 黏性强, 故在设计中需要设计较大的下料口宽度, 以满足物料下料通畅的要求。

2) 脱硫石膏料斗下的给料输送可以使用带变频调速的胶带输送机, 其效果等同板式喂料机, 但需要对该胶带机的传动装置进行详细核算, 满足脱硫石膏输送量较小的要求, 通常需要订制传动比较大的减速器并配套减速电动机以满足脱硫石膏配料及计量的要求。

3)通过优化设计, 在水泥生产中可以完全利用脱硫石膏代替天然石膏作缓凝剂生产水泥。