浅谈干法脱硫渣在水泥中的应用

刘丽芬 张建华 霍 帅

内蒙古蒙西水泥股份有限公司

1 前言

脱硫渣是利用脱硫剂超细粉与烟气充分混合、接触，在催化剂和促进剂的作用下，与烟气中SO2快速反应。而且，在反应器、烟道及布袋除尘器内，脱硫剂超细粉一直与烟气中的SO2发生反应。反应快速、充分，在2秒内即可生产副产物Na2SO4，通过布袋回收副产物，作为工业废渣进行利用。

反应脱硫效率高，按化学反应当量1:1时，脱硫效率大于95%，而且是一次性喷入脱硫剂，不需要循环。脱硫剂在高温烟气的作用下激活，表面形成微孔结构，2NaHCO3（S）=Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）烟道内烟气与激活的脱硫剂充分接触发生化学反应，烟气中的SO2及其他酸性介质被吸收净化，SO2（g）+Na2CO3（s）+1∕2O2=Na2SO4（s）+CO2（g）；SO3（g）+Na2CO3（s）=Na2SO4（s）+CO2（g）脱硫并干燥的Na2SO4副产物随气流进入布袋除尘器被捕集。

部分学者认为，Na2SO4能与水泥水化时析出的Ca（OH）2反应，从而促进水泥的水化，也有学者认为，Na2SO4能加速水泥熟料矿物，能促进C3S的早期水化，下面我们通过实验，寻找脱硫渣对水泥性能的影响。

2 试验目的

（1）通过掺加不同比例的脱硫渣，根据脱硫灰对水泥性能的影响确定最佳掺量。（2）通过在不同状态水泥中掺加脱硫渣，根据脱硫灰对水泥性能的影响，确定脱硫灰在水泥中的使用情况。（3）调整水泥中物料的组成，确定脱硫渣对各类物料及助磨剂的激发性。

3 原材料及试验方法

3.1 原材料的组成

水泥熟料：使用蒙西水泥厂熟料，化学成分见表1，表2为通过计算公式计算出的矿物组成。

表1 蒙西熟料化学成分及矿物组成

表2 f-CaO及计算矿物组成数据

脱硫灰：使用焦化厂敢发脱硫灰，化学成分见表3。

表3 脱硫渣的化学成分

矿渣：使用园区矿渣，化学成分见表4。

表4 某厂矿渣化学成分

粉煤灰：使用园区粉煤灰，化学成分见表5。

表5 某电厂粉煤灰

硅钙渣：使用粉煤灰提取氧化铝厂硅钙渣，化学成分见表6。

表6 硅钙渣化学成分

石膏：脱硫石膏，Ca2SO4含量为79.07%。

3.2 试验方法

抗压强度测试选用尺寸为40mm×40mm×160mm胶砂试件，每组为3条，实验胶砂比为1:2，水灰比为0.5，试体成型后24小时拆模，标准养护到相应龄期，抗压强度按《水泥胶砂强度检验方法》（GB∕T 17671—1999）进行测试。

凝结时间和标准稠度测试按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB∕T 1346—2011）进行测试。

表7 在成品P.C42.5水泥中掺入不同比例的脱硫渣实验数据

4 实验数据

4.1 脱硫渣在成品水泥和共粉磨水泥中掺入效果

表11 实验数据

分析：（1）从实验数据可以看出，脱硫渣掺量在0.5%～1.0%之间，水泥3天强度增加，28天强度降低，标准稠度降低，凝结时间缩短。当脱硫灰掺量超过1.0%时，水泥3天强度和28天强度同时降低。说明脱硫渣外掺时最佳掺量0.5%～1.0%。

4.2 脱硫渣和熟料、混合材共粉磨掺入效果

表8 共粉磨配比

表9 物理性能检验数据

分析：（1）从实验数据可以看出，随着脱硫渣掺量的增加，水泥3天强度增加，28天强度降低，标准稠度降低，凝结时间缩短。当脱硫渣掺量超过2.0%时，水泥3天强度和28天强度同时降低。说明脱硫灰入磨内掺时最佳掺量1.0%～2.0%。

（2）从表七和表九实验数据来看，脱硫渣在磨内掺入的效果要比成品水泥中掺入效果好。

4.3 脱硫渣在不同掺量混合材的水泥中的作用

表10 实验配比

分析：从脱硫渣掺入普硅水泥和复合水泥中试验数据来看：（1）脱硫渣在复合水泥中的效果比普硅水泥好，说明脱硫渣对混合材的激发性较好，对熟料的激发性较差。（2）从脱硫渣和脱硫石膏复配在普硅水泥和复合水泥中的复配效果来看，脱硫石膏和脱硫渣复配效果比脱硫渣单独使用效果好。

4.4 助磨剂对脱硫渣的作用

表12 试验配比

表13 物理性能检验

分析：从实验数据看，在掺入脱硫渣的水泥中掺入助磨剂，对水泥3天强度激发性较好，且弥补了掺入脱硫灰降低水泥28天强度的作用，故脱硫渣和助磨剂复配使用，对水泥的3天强度、28天强度具有明显的激发作用。

表14 实验配比

4.5 脱硫渣对硅钙渣的激发作用

由于脱硫渣中碱含量较高，故确定脱硫渣掺量为1.0%

表15 物理性能实验数据

4.6 脱硫渣对粉煤灰、炉渣、矿渣激发作用

表16 实验配比

表17 物理性能实验数据

分析：从实验数据来看，分别掺加1%脱硫渣，14#较12#降低10%粉煤灰，提高10%的矿渣掺量，水泥的标准稠度降低1.8%，凝结时间延长34分，3天抗压强度提高0.3MPa，28天强度提高0.2 MPa.说明脱硫渣对矿渣的激发作用优于粉煤灰；12#较13#相比，12#掺入10%粉煤灰，13#掺入10%的炉渣，水泥的标准稠度提高1.4%，凝结时间缩短25分，3天抗压强度提高0.7MPa，28天强度提高1.7MPa。说明脱硫渣对粉煤灰的激发作用优于炉渣。

说明脱硫渣对矿渣激发性最强，对粉煤灰激发性略次于矿渣，对炉渣的激发性最次，且和前两种废渣差异较大。

5 结论

（1）从掺入脱硫渣水泥性能试验来看，脱硫渣对水泥3天抗压强度具有激发作用，对28天抗压强度具有降低的作用，对水泥标准稠度需水量有降低的作用，对水泥凝结时间具有缩短的作用。

（2）脱硫渣和其他工业废渣复配，从3天抗压强度实验来看，脱硫渣与硅钙渣复配水泥的强度最高，脱硫渣和矿渣、粉煤灰复配水泥强度发挥不是很明显，脱硫渣和炉渣复配的强度发挥略差，熟料的激发性最差。

（3）脱硫渣和脱硫石膏复配，从3天抗压强度实验来看，脱硫渣和石膏复配比单独使用效果好。

（4）实验结果表明，脱硫渣在磨内掺入的效果要比成品水泥中掺入效果好。

（5）从实验数据可以看出，脱硫渣磨内掺入时最佳掺量1.0%～2.0%。