工業廢渣脫硫石膏及粉煤灰與水渣在水泥生產中的應用探索
天水祁連山水泥有限公司
李拓 陳文忠 孫峰
我公司認真貫徹落實國家有關節能降耗、資源綜合利用的工作要求、始終把節能減排，降耗增效作為企業的一件大事來抓，公司不斷的開發應用固廢資源并進行固體廢渣代替活性混合材的實驗。大膽的利用甘谷電廠工業廢渣脫硫石膏代替天然石膏用作水泥緩凝劑；用粉煤灰代替部分礦渣，同時利用廠區周圍的鍋爐渣等作為水泥中的填充材料生產水泥。為企業創造良好的經濟、社會和環境效益。
一、 脫硫石膏在水泥生產中的應用
我公司應用相鄰火力發電廠生產的脫硫石膏代替天然石膏用作水泥緩凝劑，將脫硫石膏、熟料以適當配比在標準小磨上磨制成水泥，通過檢測其物理性能進行優化，與天然二水石膏作為水泥緩凝劑時各物理性能情況對比，根據脫硫石膏對水泥質量及性能的影響程度，判定脫硫石膏應用于水泥作緩凝劑時在質量方面的可行性與優越性。
1、水泥中脫硫石膏最佳摻量確定
1.1、化學成分
脫硫石膏是火電廠除去煙塵中二氧化硫產生的工業廢渣,主要成分是CaSO4 及CaSO3。由表中可看出，脫硫石膏與天然石膏的化學成分基本相同,所不同之出就是應用基水分較大,配料較天然石膏困難?，F場取樣進行相關化學分析見表1:
表１ 天然二水石膏與脫硫石膏及氟化鹽石膏化學成分對比
|
名稱
|
SiO2
|
AI2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
LOSS
|
|
天然石膏
|
5.72
|
2.45
|
1.08
|
31.22
|
2.18
|
39.77
|
16.70
|
|
氟化鹽石膏
|
7.00
|
1.93
|
0.89
|
30.31
|
1.08
|
39.0
|
19.0
|
|
脫硫石膏1
|
2.25
|
1.45
|
0.48
|
34.0
|
0.48
|
43.12
|
16.38
|
|
脫硫石膏2
|
0.58
|
0.99
|
0.24
|
34.25
|
0.18
|
43.44
|
18.69
|
|
脫硫石膏3
|
1.35
|
0.76
|
0.24
|
33.43
|
0.24
|
44.30
|
18.72
|
1.2、可行性試驗
原材料有：熟料、天然二水石膏、脫硫石膏。見表2
|
名稱
|
SiO2
|
AI2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
LOSS
|
|
熟料
|
21.62
|
5.01
|
4.13
|
64.41
|
1.45
|
0.41
|
1.74
|
|
天然石膏
|
5.72
|
2.45
|
1.08
|
31.22
|
2.18
|
39.77
|
16.70
|
|
脫硫石膏1
|
2.25
|
1.45
|
0.48
|
34.0
|
0.48
|
43.12
|
16.38
|
|
脫硫石膏2
|
0.58
|
0.99
|
0.24
|
34.25
|
0.18
|
43.44
|
18.69
|
|
脫硫石膏3
|
1.35
|
0.76
|
0.24
|
33.43
|
0.24
|
44.30
|
18.72
|
采用同一熟料，選用代表性較好的天然二水石膏，脫硫石膏來自同一火電廠不同時間、不同批次的三份樣品，在同一摻量下進行平行試驗。
其方案見表3
|
編號
|
石膏種類
|
80um篩余（%）
|
比表面積（m2/kg）
|
SO3（%）
|
|
1#
|
天然石膏
|
≤4.0
|
350±10
|
2.8
|
|
2#
|
脫硫石膏1
|
≤4.0
|
350±10
|
2.8
|
|
3#
|
脫硫石膏2
|
≤4.0
|
350±10
|
2.8
|
|
4#
|
脫硫石膏3
|
≤4.0
|
350±10
|
2.8
|
試驗項目檢驗結果見表4
|
編號
|
80um篩余（%）
|
SO3
(%)
|
水泥
膠砂
流動
度(mm)
|
比表面積
(m2/kg)
|
標準稠度
(%)
|
凝結
時間
(h:min0
|
抗壓強度
(MPa)
|
|
初凝
|
終凝
|
1天
|
3天
|
28天
|
|
1#
|
2.4
|
2.75
|
232
|
348
|
24.6
|
1:29
|
2:31
|
14.7
|
29.4
|
54.1
|
|
2#
|
2.2
|
2.89
|
240
|
352
|
25.0
|
2:17
|
3:19
|
14.1
|
28.9
|
52.9
|
|
3#
|
2.3
|
2.81
|
244
|
346
|
25.2
|
2:25
|
3:27
|
14.6
|
29.2
|
53.6
|
|
4#
|
1.8
|
2.78
|
245
|
350
|
24.8
|
2:20
|
3:24
|
14.6
|
29.3
|
53.2
|
從以上四組試驗數據對比顯示, 應用脫硫石膏經小磨試驗制成的水泥除凝結時間略有延長外,其它質量及性能穩定。與天然二水石膏制成的水泥質量相近。因此,該火電廠的脫硫石膏應用于水泥作緩凝劑在質量上是可行的。
1.3、水泥物理性能試驗
我們以天然二水石膏為基準，用脫硫石膏做小磨物理性能試驗，試驗結果見表5（注：TR表示以天然二水石膏為基準樣品）
表5 物理性能試驗結果
|
編號
|
細度
|
SO3
(%)
|
hhh
(%)
|
配比(%)
|
標準稠度用水量
(%)
|
凝結
時間
|
抗折強度MPa
|
抗壓強度MPa
|
安定性
|
|
比面積
|
篩余(%)
|
熟料
|
脫硫石膏
|
初凝
|
終凝
|
3d
|
7d
|
28d
|
3d
|
7d
|
28d
|
|
TR
|
345
|
4.4
|
2.45
|
1.48
|
95.52
|
4.48
|
24.4
|
2:50
|
3：55
|
5.9
|
6.9
|
9.6
|
22.8
|
38.2
|
50.2
|
合
格
|
|
TS
|
254
|
5.0
|
2.51
|
1.55
|
95.45
|
4.55
|
24.4
|
3:20
|
4:35
|
5.6
|
7.4
|
9.6
|
24.8
|
40.2
|
52.8
|
|
F1
|
350
|
4.8
|
1.99
|
1.33
|
96.67
|
3.33.
|
24.2
|
3:30
|
4:55
|
5.4
|
5.8
|
8.6
|
20.3
|
37.8
|
50.4
|
|
F2
|
254
|
4.5
|
2.19
|
1.42
|
96.18
|
3.82
|
24.0
|
3:36
|
4:56
|
5.2
|
6.6
|
9.1
|
22.1
|
39.3
|
51.2
|
|
F3
|
248
|
4.4
|
2.33
|
1.30
|
95.30
|
4.70
|
24.2
|
3:42
|
4:52
|
5.5
|
6.9
|
9.6
|
22.3
|
39.9
|
52.1
|
|
F4
|
248
|
4.3
|
2.54
|
1.79
|
94.43
|
5.57
|
27.4
|
3:24
|
4:39
|
5.6
|
7.2
|
9.6
|
24.4
|
40.0
|
53.3
|
|
F5
|
244
|
4.2
|
2.74
|
1.58
|
94.72
|
5.28
|
27.3
|
3:17
|
4:32
|
5.9
|
7.3
|
9.3
|
23.0
|
39.9
|
52.5
|
|
F6
|
241
|
4.3
|
2.94
|
1.79
|
94.24
|
5.76
|
27.0
|
3:18
|
4:51
|
5.8
|
7.2
|
9.6
|
24.6
|
40.3
|
50.1
|
1、TR、TS分別為摻加天然二水石膏和脫硫石膏的各項檢驗指標情況, F1、F2、F3、F4、F5、F6為工業氟化鹽石膏最佳摻加量試驗;其中SO3控制分別為: 2.00%、2.20%、2.40% 、2.60%、2.80% 、3.00% 。
2、從試驗結果可看出,當SO3含量達到2.5%～2.9%時,水泥的3天的抗折和抗壓強度都有所提高,28天抗壓強度稍有降低,但變化不大。初凝為3小時20分鐘左右,終凝為4小時50分鐘左右，即凝結時間符合國家標準。因此,可以起到緩凝作用,并且不影響其他性能。
3、由表4可知，脫硫石膏對水泥凝結時間起到了同代替天然石膏作水泥緩凝劑作用，對水泥安定性和水強度均無不良影響，與以往天然石膏沒有本質的區別，相比之下只是水泥凝結時間平均向后推遲了30～50min,用脫硫石膏代替天然石膏作緩凝劑從試驗上是可行的。
1.4、效益分析
在水泥磨上生產后水泥質量及性能穩定，各項指標完全達到國家標準，SO3合格率達79%以上，部分指標優于天然二水石膏。用脫硫石膏取代了石膏或氟石膏生產水泥，僅此一項半年為企業可創效48.776萬元（見表6）。
表6
|
進廠材料
|
石膏和氟石膏
|
脫硫石膏
|
|
進廠不含稅價
|
89.5元/噸
|
44元/噸
|
|
脫硫石膏替代石膏和氟石膏
|
10720×（89.5-44）＝48.776萬元/半年
|
優化混合材品種結構，最大化摻加粉煤灰摻加量,降低生產成本。
1、混合材品種結構優化
我公司降低了頁巖、石灰石非活性材料、減少價格昂貴的水渣的摻加比例，加大了低價格粉煤灰摻加量.通過調整石灰石、礦渣、粉煤灰之間的比例,設計了幾十組配料方案（見表7），進行物理試驗，同時按等摻量單摻和復摻進行混合材最大摻比優化實驗，并同礦渣水泥進行了比對實驗，通過試驗結果分析，優化P.C32.5R硅酸鹽水泥最佳配比。
表7、 石灰石、頁巖、礦渣、碎磚瓦、粉煤灰之間配合比及混合材摻量
|
項目
序號
|
熟料
|
脫硫石膏
|
石灰石
|
頁巖
|
礦渣
|
碎磚瓦
|
粉煤灰
|
混合材摻量
|
水泥品種
|
|
1
|
94.6
|
5.4
|
|
|
|
|
|
0
|
純水泥
|
|
2
|
64.3
|
5.7
|
|
|
30
|
|
|
30
|
p.c32.5R
|
|
3
|
65.4
|
4.6
|
30
|
|
|
|
|
30
|
|
4
|
64.5
|
5.5
|
|
30
|
|
|
|
30
|
|
5
|
64.7
|
5.3
|
|
|
|
30
|
|
30
|
|
6
|
64.8
|
5.2
|
|
|
|
|
30
|
30
|
|
7
|
65
|
5
|
8
|
10
|
14
|
2
|
0
|
34
|
|
8
|
64
|
5
|
5
|
6
|
8
|
2
|
10
|
31
|
|
9
|
61.4
|
5.6
|
6
|
0
|
4
|
|
24
|
34
|
|
10
|
67.2
|
4.8
|
5
|
|
5
|
|
18
|
28
|
|
11
|
74.8
|
5.2
|
|
|
|
|
20
|
20
|
|
12
|
77.4
|
5.6
|
|
17
|
|
|
|
17
|
|
13
|
78.2
|
4.8
|
|
|
|
17
|
|
17
|
|
14
|
72.2
|
1.8
|
|
8
|
3
|
|
15
|
26
|
|
15
|
67.4
|
2.6
|
|
15
|
15
|
|
|
30
|
|
16
|
64.4
|
5.6
|
8
|
11
|
|
日本电影娼年
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