脱硫石膏代替天然石膏在水泥生产中的应用

2013-09-17陈庭孙涛臧军

商品混凝土 2013年12期

陈庭，孙涛，臧军

（江苏名和集团有限公司，江苏镇江 212028）

石膏在水泥中起到了调节凝结时间、改善浆体流变性能、控制硬化浆体体积收缩等重要作用，是水泥生产中不可或缺的重要功能组分。长期以来，我国在水泥工业中大量使用的石膏为天然石膏，随着对天然石膏的大规模应用，我国高品位的天然石膏资源日益匮乏，为了实现水泥工业的持续健康发展，必须寻找天然石膏的替代产品[1]。

我国现在每年排放的脱硫石膏在 50 万吨以上，大多露天弃置，不仅占据大量的土地，而且对环境造成了二次污染，浪费了大量优质资源。大量的实验证明：脱硫石膏与天然石膏具有相同的水化动力学和凝结特征，其硫酸根的溶出速率与天然石膏的溶出速率相近，可以达到与天然石膏对水泥凝结时间的调节效果；脱硫石膏无放射性，不会对环境造成污染；脱硫石膏与天然石膏相比，价格低廉，具有明显的市场竞争优势[2,3]。

因此，将大量的脱硫石膏应用于水泥工业中，不仅可以有效缓解由于天然石膏短缺对水泥工业造成的影响，而且能够降低水泥的综合生产成本，属于对脱硫石膏的高附加值利用。

本文将从天然石膏与脱硫石膏在水泥中的性能比较、脱硫石膏在应用过程中存在的问题及对策和经济效益比较等角度展开论述。

1 天然石膏与脱硫石膏的比较

天然石膏属于非可再生资源，各行业尤其是建材行业对石膏的需求量较大，同时石膏资源分布具有地域不平衡性，对石膏的需求量较大的东部沿海发达地区，其天然石膏产量尤其是高品位的天然石膏资源严重不足，已经制约了包括水泥行业在内的整个建材行业的健康发展。

与此同时，随着国家对环境保护力度的加大，火力电厂的工业副产脱硫石膏的产量也日益增加。脱硫石膏（FGD 石膏）和天然石膏一样，其主要成分也是 CaSO4·2H2O，含量通常在 90% 以上，硫酸根的溶出速率与天然石膏相近，理论上可以用作生产水泥的凝结时间调节组分。脱硫石膏与天然石膏的化学成分比较见表 1。

表1 脱硫石膏与天然石膏的化学成分比较 %

由表 1 的化学成分比较可以看出，脱硫石膏与天然石膏的主要化学成分接近，尤其是 SO3等关键指标优于天然石膏，这是脱硫石膏代替天然石膏作为水泥缓凝剂的基础。

采用天然石膏与脱硫石膏分别生产普通硅酸盐水泥，生产配比及各项性能检验数据见表 2 和表 3。

表2 天然石膏与脱硫石膏水泥配比及性能检验结果

表3 天然石膏与脱硫石膏对水泥流变性能的影响

分别采用上述四种水泥进行混凝土试配，配合比及相应的实验结果见表 4 和表 5。

表4 混凝土配合比 kg/m3

表5 不同水泥配制混凝土的性能检验结果

从表 2～5 的实验结果分析可知：采用脱硫石膏代替天然石膏生产水泥，水泥的凝结时间略有延长，对水泥的流动性能和强度等物理指标没有不良影响；对混凝土的用水量以及与外加剂的适应性方面没有负面影响，初始坍落度与1h坍落度损失和天然石膏相比，没有明显变化，对混凝土各龄期强度均未产生影响。因此，在生产水泥时掺加 4% 左右的脱硫石膏代替天然石膏是完全可行的。

2 脱硫石膏在使用过程中存在的问题及对策

脱硫石膏作为调凝剂在水泥中使用，有效缓解了天然石膏不足对水泥工业造成的影响，但由于脱硫石膏颗粒较细、含水率较高、物料的粘性比较大，在下料过程中容易出现堵料现象，导致配料不准而造成水泥质量的波动。

为了克服脱硫石膏粘性较大、容易堵料的问题，通过对现有的下料设备进行改造处理，在下料仓中部增加螺旋转动装置，根据脱硫石膏的下料情况，适时启动电机开关，通过电机减速器带动传动轴转动，由转向齿轮将动力传递至螺旋转动棒，转动棒的旋转运动使下料口的物料产生挤压，保证物料能够正常下卸，防止堵料情况的发生。脱硫石膏下料仓改造装置原理示意图如图 1 所示。

图1 脱硫石膏下料仓改造装置示意图

本装置料仓采用的材料为超分子量聚乙烯增滑板，可以避免脱硫石膏物料在料仓的边壁产生吸附粘连；物料进入进料口之后，经过钢筋筛网的过滤后，避免结成块状的物料进入料仓而产生堵塞；当脱硫石膏下料不畅时，皮带秤的电流会发生异常，此时螺旋装置自动开启，向下挤压堵在下料口的物料，确保脱硫石膏能够连续均匀下料，另外还可以通过中控室的视频监控脱硫石膏的下料情况，发生堵料时手动开启螺旋装置，防止物料堵塞下料口。

通过对料仓进行的上述改造，可以有效避免脱硫石膏粘结堵料或下料不畅的问题，确保了水泥质量的稳定。