矿粉碱激发改性脱硫建筑石膏及其性能研究
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2019 年第 5 期 河南建材
DOI:10.16053/j.cnki.hnjc.2019.05.242
矿粉碱激发改性脱硫建筑石膏及其性能研究
高建杰 郑州铁路豫鼎工程检测有限公司（450052）
摘 要:我国脱硫石膏产量巨大，已成为继粉煤灰后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量的 土地，污染环境。文章拟通过矿粉碱激发改性脱硫石膏并对其力学性能及耐水性能进行研究，以期对脱 硫石膏的资源化利用提供经验积累和参考。 关 键 词 :矿粉；碱激发；脱硫石膏
0 引言
脱硫石膏，是由大型燃煤设施采用石灰湿法脱 硫产生的，因此，脱硫石膏又称之为排烟石膏、硫石 膏、FGD 石膏。 2010 年全国 FGD 石膏的总产量已 达 52.3 Mt，相当于美国 FGD 石膏年产量的 3 倍以 上，居全球第一。 随着我国环保要求的提高，近年来 脱硫机组容量大量增加，脱硫石膏已成为继粉煤灰 后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量 的土地污染环境。
海浦春计量仪器有限公司 JE2002）、 电热鼓风干燥
箱 （上 海 迅 博 医 疗 生 物 仪 器 股 份 有 限 公 司 GZX-
9030MBE）。
所用原材料为，煅烧后的脱硫石膏粉（孟姚电
厂）:脱硫石膏经 180 ℃煅烧后其主要成分为 β 型半
水石膏，初 凝 时 间 17 min，终 凝 时 间 24 min。 矿 粉
我国主要在两个方面加快了对脱硫石膏应用 的技术研究:①继续开拓以脱硫石膏为原料的应用 领域，在水泥行业、建筑石膏等方面的市场利用价 值[2]；②研制针对脱硫石 膏 煅 烧 成 建 筑 石 膏 粉 的 设 备和工艺上，现有的设备不能完全满足脱硫石膏加 工工艺的要求。 我国燃煤电厂排放的脱硫石膏主要 用做水泥缓凝剂，同时在建筑石膏、粉刷石膏、胶凝 材 料 方 面 也 得 到 应 用 ，但 都 未 得 到 规 模 化 生 产[3]。
石膏中的主要成分为硫酸钙，由于硫酸钙微溶
于水，因此，当石膏遇水后，石膏内部结构中的硫酸
钙缓慢溶于水中破坏了石膏内部结构。 石膏建材的
耐水性能通常较差，主要表现为经过水泡的石膏材
料强度明显下降[4]。 改善石膏耐水性能的手段有多
种，如通过添加憎水物质，减少水对石膏材料的接
触，通过化学手段提高石膏材料的密实性，阻碍水
（山西晋城 S95）、水玻璃、氢氧化钠（天津光复 分析
纯）。
1.2 试验方法
试件的配比:向石膏中加入不同量的矿粉、水、
水玻璃、氢氧化钠。 使水的质量占矿粉和石膏总质
量的 50%，水玻璃和氢氧化钠用量均为矿粉质量的
2%。 在此基础上调整矿粉同石膏的质量比分别为
0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30。 此 外 ，制 备 空 白 组
成水化硅酸钙，提高了石膏材料的密实性，提供支
撑作用，从而提高了改性石膏的抗压强度。
图 2 不同矿粉掺量石膏试件折强度 从图 3 中可以看出，随着矿粉掺量的不断增加， 石膏（24 h）软化系数不断增加，即其耐水性能得到 改善。 当矿粉掺量达 30%时，软化系数增幅趋缓。
图 3 不同矿粉掺量石膏试件 24 h 软化系数
我国天然石膏储量丰富，加之湿式石灰石-石膏 法烟气脱硫技术在我国起步较晚，对脱硫石膏的利 用价值和市场需求认识不够，脱硫石膏性能、加工 工艺、资源化途径等都没有系统科学的研究[1]。 大部 分脱硫石膏都是采用抛弃法处理，这不仅污染了环 境，还占用了大量的土地，不能使其变废为宝。 近几 年，随着脱硫技术的成熟和政府等职能部门对环保 要求的提高，脱硫石膏已渐渐走入相关石膏企业的 视野，目前国内已有相关针对利用脱硫石膏生产石 膏制品的生产线，脱硫石膏的利用蕴藏着巨大的商 机。 由于天然石膏是几百万年长期形成的，而脱硫 石膏却是在很短的时间内通过化学反应形成，所以 脱硫石膏在杂质含量、含水率、粒径级配等方面与 天然石膏还是有所差别。 此外，对于电厂来说，销售 或深加工脱硫石膏相对于主业“发电”，利润实在太 低。 因此电厂对于处理脱硫石膏并无兴趣，一般只 想简单处理了事，加大了脱硫石膏的应用难度。
表 1 试验原料配比（质量比）
样品编号 石膏 矿粉 水玻璃 氢氧化钠 水
0
1
0
0
0
0.5
1
0.95 0.05 0.001 0.001 0.5
2
0.90 0.10 0.002 0.002 0.5
3
0.85 0.15 0.003 0.003 0.5
4
0.80 0.20 0.004 0.004 0.5
5
0.75 0.25 0.005 0.005 0.5
进 入 石 膏 内 部 等[5]。
在石膏中添加矿粉，利用氢氧化钠激发矿粉的 试
活性促使矿粉迅速水化形成水化硅酸钙不但可以 验
提高石膏的密实性能提高其耐水性还能对石膏的
结构起到支撑作用改善其力学性能。
研
1 原材料与试验方法
究
1.1 试验设备及原料
所用主要设备有，水泥胶砂抗折抗压试验机（无
锡建仪仪器机械ห้องสมุดไป่ตู้限公司 TYE-200B）、电子天平（上
试件，空白组石膏和水的比例为 1∶0.5。 具体配比如
表 1。
试件的制备与养护:按照 GB/T 17671—1999 标
准进行搅拌与成型，在相对湿度为 50%~60%，温度
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Henan Building Materials
河南建材 20189 年第 15 期
为 18 ℃~22 ℃的条件下静置 24 h 后脱模并覆膜养 护，覆膜养护温度为 38 ℃~42 ℃，在该条件下养护 至 28 d 后放入鼓风干燥箱中，在 38 ℃~42 ℃的条件 烘至恒重，然后按照标准 GB/T 17671—1999 测试的 方法测试其抗折、抗压强度。 此外，对所制备的试件 进行泡水处理，泡水时间 24 h，用于 测试其耐水性 能。
3 总结与结论
6
0.70 0.30 0.006 0.006 0.5
2 结果与讨论
试
从图 1 中可看出随着矿粉掺量的不断增加，石
验 膏的抗压强度增幅明显，当矿粉用量占胶凝材料总
研 用量的 30%时，改性石膏的抗压强度达 30.2 MPa，较 究 未添加矿粉的空白组试件强度高约一倍。 是由于矿
粉在水玻璃和氢氧化钠的激发下，矿粉不断水化形
DOI:10.16053/j.cnki.hnjc.2019.05.242
矿粉碱激发改性脱硫建筑石膏及其性能研究
高建杰 郑州铁路豫鼎工程检测有限公司（450052）
摘 要:我国脱硫石膏产量巨大，已成为继粉煤灰后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量的 土地，污染环境。文章拟通过矿粉碱激发改性脱硫石膏并对其力学性能及耐水性能进行研究，以期对脱 硫石膏的资源化利用提供经验积累和参考。 关 键 词 :矿粉；碱激发；脱硫石膏
0 引言
脱硫石膏，是由大型燃煤设施采用石灰湿法脱 硫产生的，因此，脱硫石膏又称之为排烟石膏、硫石 膏、FGD 石膏。 2010 年全国 FGD 石膏的总产量已 达 52.3 Mt，相当于美国 FGD 石膏年产量的 3 倍以 上，居全球第一。 随着我国环保要求的提高，近年来 脱硫机组容量大量增加，脱硫石膏已成为继粉煤灰 后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量 的土地污染环境。
海浦春计量仪器有限公司 JE2002）、 电热鼓风干燥
箱 （上 海 迅 博 医 疗 生 物 仪 器 股 份 有 限 公 司 GZX-
9030MBE）。
所用原材料为，煅烧后的脱硫石膏粉（孟姚电
厂）:脱硫石膏经 180 ℃煅烧后其主要成分为 β 型半
水石膏，初 凝 时 间 17 min，终 凝 时 间 24 min。 矿 粉
我国主要在两个方面加快了对脱硫石膏应用 的技术研究:①继续开拓以脱硫石膏为原料的应用 领域，在水泥行业、建筑石膏等方面的市场利用价 值[2]；②研制针对脱硫石 膏 煅 烧 成 建 筑 石 膏 粉 的 设 备和工艺上，现有的设备不能完全满足脱硫石膏加 工工艺的要求。 我国燃煤电厂排放的脱硫石膏主要 用做水泥缓凝剂，同时在建筑石膏、粉刷石膏、胶凝 材 料 方 面 也 得 到 应 用 ，但 都 未 得 到 规 模 化 生 产[3]。
石膏中的主要成分为硫酸钙，由于硫酸钙微溶
于水，因此，当石膏遇水后，石膏内部结构中的硫酸
钙缓慢溶于水中破坏了石膏内部结构。 石膏建材的
耐水性能通常较差，主要表现为经过水泡的石膏材
料强度明显下降[4]。 改善石膏耐水性能的手段有多
种，如通过添加憎水物质，减少水对石膏材料的接
触，通过化学手段提高石膏材料的密实性，阻碍水
（山西晋城 S95）、水玻璃、氢氧化钠（天津光复 分析
纯）。
1.2 试验方法
试件的配比:向石膏中加入不同量的矿粉、水、
水玻璃、氢氧化钠。 使水的质量占矿粉和石膏总质
量的 50%，水玻璃和氢氧化钠用量均为矿粉质量的
2%。 在此基础上调整矿粉同石膏的质量比分别为
0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30。 此 外 ，制 备 空 白 组
成水化硅酸钙，提高了石膏材料的密实性，提供支
撑作用，从而提高了改性石膏的抗压强度。
图 2 不同矿粉掺量石膏试件折强度 从图 3 中可以看出，随着矿粉掺量的不断增加， 石膏（24 h）软化系数不断增加，即其耐水性能得到 改善。 当矿粉掺量达 30%时，软化系数增幅趋缓。
图 3 不同矿粉掺量石膏试件 24 h 软化系数
我国天然石膏储量丰富，加之湿式石灰石-石膏 法烟气脱硫技术在我国起步较晚，对脱硫石膏的利 用价值和市场需求认识不够，脱硫石膏性能、加工 工艺、资源化途径等都没有系统科学的研究[1]。 大部 分脱硫石膏都是采用抛弃法处理，这不仅污染了环 境，还占用了大量的土地，不能使其变废为宝。 近几 年，随着脱硫技术的成熟和政府等职能部门对环保 要求的提高，脱硫石膏已渐渐走入相关石膏企业的 视野，目前国内已有相关针对利用脱硫石膏生产石 膏制品的生产线，脱硫石膏的利用蕴藏着巨大的商 机。 由于天然石膏是几百万年长期形成的，而脱硫 石膏却是在很短的时间内通过化学反应形成，所以 脱硫石膏在杂质含量、含水率、粒径级配等方面与 天然石膏还是有所差别。 此外，对于电厂来说，销售 或深加工脱硫石膏相对于主业“发电”，利润实在太 低。 因此电厂对于处理脱硫石膏并无兴趣，一般只 想简单处理了事，加大了脱硫石膏的应用难度。
表 1 试验原料配比（质量比）
样品编号 石膏 矿粉 水玻璃 氢氧化钠 水
0
1
0
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0
0.5
1
0.95 0.05 0.001 0.001 0.5
2
0.90 0.10 0.002 0.002 0.5
3
0.85 0.15 0.003 0.003 0.5
4
0.80 0.20 0.004 0.004 0.5
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0.75 0.25 0.005 0.005 0.5
进 入 石 膏 内 部 等[5]。
在石膏中添加矿粉，利用氢氧化钠激发矿粉的 试
活性促使矿粉迅速水化形成水化硅酸钙不但可以 验
提高石膏的密实性能提高其耐水性还能对石膏的
结构起到支撑作用改善其力学性能。
研
1 原材料与试验方法
究
1.1 试验设备及原料
所用主要设备有，水泥胶砂抗折抗压试验机（无
锡建仪仪器机械ห้องสมุดไป่ตู้限公司 TYE-200B）、电子天平（上
试件，空白组石膏和水的比例为 1∶0.5。 具体配比如
表 1。
试件的制备与养护:按照 GB/T 17671—1999 标
准进行搅拌与成型，在相对湿度为 50%~60%，温度
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Henan Building Materials
河南建材 20189 年第 15 期
为 18 ℃~22 ℃的条件下静置 24 h 后脱模并覆膜养 护，覆膜养护温度为 38 ℃~42 ℃，在该条件下养护 至 28 d 后放入鼓风干燥箱中，在 38 ℃~42 ℃的条件 烘至恒重，然后按照标准 GB/T 17671—1999 测试的 方法测试其抗折、抗压强度。 此外，对所制备的试件 进行泡水处理，泡水时间 24 h，用于 测试其耐水性 能。
3 总结与结论
6
0.70 0.30 0.006 0.006 0.5
2 结果与讨论
试
从图 1 中可看出随着矿粉掺量的不断增加，石
验 膏的抗压强度增幅明显，当矿粉用量占胶凝材料总
研 用量的 30%时，改性石膏的抗压强度达 30.2 MPa，较 究 未添加矿粉的空白组试件强度高约一倍。 是由于矿
粉在水玻璃和氢氧化钠的激发下，矿粉不断水化形