免煅烧脱硫石膏

免煅烧脱硫石膏（共5篇）

免煅烧脱硫石膏 篇1

1 免煅烧技术产生背景

随着国家强制火电厂湿法脱硫后,便随之而来的派生出了脱硫石膏。它是时代的烙印,是火电厂脱硫后的工业副产物。目前,全国年排放脱硫石膏已达到5 000万t,并有递增的趋势,利用率仅达到56%。其中绝大部分仍使用传统的煅烧工艺而获得半水石膏,应用于纸面石膏板、粉刷石膏等建材行业,只有少部分不经煅烧工艺用于水泥缓凝剂。这种传统的煅烧工艺,前期投资大,又带来耗能、污染、成本高、产品质量不稳定、初凝时间不易控制、强度低和耐水性差等弊端,大大影响了扩大使用范围和对水泥的替代率,因此也影响对脱硫石膏的大量消纳。

70%的副产脱硫石膏,占地堆放污染着土壤、水源和大气,占据着土地和企业的购地资金。一方面脱硫石膏没有被消化和利用;另一方面人们又在开采着天然资源,破坏着自然生态,攫取着不会再生的天然资源。面对这种窘境,业界期待着新的技术的诞生。

脱硫石膏免煅烧技术,在国家循环经济、低碳技术,节能减排政策的感召下问世了!

2 免煅烧与煅烧优劣势之我见

免煅烧与煅烧是一字之差,但从投资、成本、环保、产品性能上有不少差异。

2.1 投资省

免煅烧技术与煅烧工艺相比,节省千万元的烘干、煅烧、粉磨等设备及场地的投资,提升了竞争优势。

2.2 成本低

免煅烧技术省去了煅烧工艺,节煤40 kg/t、节电25度/t,综合成本(含人工费)节省90元/t～120元/t。加上煅烧设备折旧费,成本会更低一点。

2.3 环保好

免煅烧技术省去了煅烧环节,减少了煅烧污染,名副其实的低碳经济;大量的消耗脱硫石膏,又减少大量堆积,造成的水源,大气的污染。保护了天然资源,保护了生态。

2.4 质量高

免煅烧技术的产品与煅烧工艺的产品相比,首先,耐水性好,强度高:可以做干粉砂浆,也可做墙体材料;可以用于室内,也可用在室外;可以用在干燥地方,也可用在潮湿部位;可以做一般的粉墙材料,也可做承重材料。其次,可操作时间长。免煅烧技术的干粉砂浆产品,不加缓凝剂,初凝时间慢,可操作时间长,工人易于操作和接受,更易推广。

3 免煅烧技术制备墙体材料系列产品应用研究

蒸压脱硫石膏砖,又名蒸压硅酸盐石膏基砖。蒸压磷石膏砖已在贵州省落户,年产10亿块蒸压磷石膏砖生产线,投资2.9亿,2009年投入生产。而蒸压脱硫石膏砖报道极少,现处于中试阶段。

笔者已在上海、福建、湖北粉煤灰砖厂中试蒸压脱硫石膏砖,经上海建科院检测,其理化指标为:抗压强度23.5 MPa～25.0 MPa、吸水率9.2%、干收缩值0.64 mm/m、软化系数0.91、抗冻融强度损失11%、抗冻融质量损失0.8%。

年产1亿块蒸压脱硫石膏砖,估算投资1 764万元,材料成本0.135元/块～0.15元/块,年纯利润1500万～1 613万元,投资回收期1.09～1.18年。

蒸压脱硫石膏砖技术路线是降低孔隙率,提高密实度,合理的温度、湿度、压力和时间的养护。采取原材料合理级配、科学合理的水灰比、科学的工艺匹配、合理有效的配方设计和合理的预养护时间等工艺措施,以及大吨位双向排气液压成型压力机和相对匹配的蒸压釜设备的使用。

蒸压脱硫石膏砖反应机理,是各种原材料在水和温度条件下,进行水化反应,初期生成钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H-I型)凝胶,使水化产物晶体强度和耐水性能提高。随着压力和温度继续升高,这时压力在0.8 MPa～1.5 MPa,温度升至180℃～220℃,二水脱硫石膏,转化为Ⅱ型硬石膏,它的特性变为难溶、稳定的最终产物。这时钙矾石与Ⅱ型无水硬石膏,交叉搭接,交互错生,缠绕在一起,形成密实、紧凑骨架结构;而水化硅酸钙I型凝胶充斥其中,形成紧密的整体结构。再随着时间延长,而水化硅酸钙I型(C-S-H),形成强度更高的托勃莫来石和少量的水化石榴石晶相,它属于结晶良好的C-S-H凝胶,具有良好的物理、力学性能,强度和耐水性能得到明显的提高。

该技术还可以生产免煅烧蒸压耐水脱硫石膏砌块,解决半水石膏砌块不耐水、易烂根和强度低、易损坏、不完整的弱势,使石膏砌块一改怕水、易破损的面貌,亮相于更高层应用领域。我们呼吁和期待设备生产厂研发挤压式砌块机诞生问世。

4 脱硫石膏免煅烧制备耐水干混砂浆系列产品应用研究

经煅烧制得的半水脱硫石膏,生产的粉刷石膏、粘结石膏、嵌缝石膏等干混砂浆,在北方地区得到了广泛的认可和使用,但其耐水性差、强度低、可操作时间短,纠结着业内人士的心,也影响了更大范围和领域的推广、使用。

脱硫石膏免煅烧生产的耐水粉刷石膏、耐水粘结石膏、耐水嵌缝石膏、耐水石膏腻子、耐水砌筑砂浆、耐水抹面砂浆等干混砂浆,克服了半水脱硫石膏等干混砂浆耐水性差、强度低、可操作时间短等弱点。软化系数达到0.71～0.75,提高了3倍;抗压强度达到11.0 MPa～21.5 MPa,提高了2～5倍;抗折强度3.8 MPa～5.8 MPa,提高了1倍;粘结强度0.65 MPa～1.0 MPa;初凝时间4 h,延长了4倍。免煅烧技术产品,软化系数的提高,不用添加了防水外加剂,产品耐久性、耐候性会更好、更长。

初凝时间慢,可操作时间长,不需要添加缓凝剂,易推广和操作,省钱又省工。

脱硫石膏免煅烧生产的耐水底层(增强)粉刷石膏和面层耐水粉刷石膏,经上海建科院检测,理化指标见表1。

反应机理为:水化反应生成水化硫铝酸钙,即钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)Ⅰ型凝胶。钙矾石包裹着二水脱硫石膏形成密实、紧凑、均匀的骨架结构。而水化硅酸钙凝胶材料,交叉搭接、充填其中、交互错生,形成较合理晶体形状水化产物。使强度、耐水性得到较大提高。这时水化产物晶体水硬性材料特点表现更为突出。

脱硫石膏免煅烧干混砂浆,明显的特点:耐水性好、强度高、可操作时间长。由于这些优势的存在,免煅烧干混砂浆,可以由室内延伸到室外使用。成本150元/t～180元/t。

投资10万t特种干混砂浆生产线,预估投资1 298万元,年纯利润1 583万元,投资回收期0.8年。

5 脱硫石膏免煅烧制备耐水墙体保温系列产品应用研究

煅烧脱硫石膏生产的保温层粉刷石膏,只适用于室内。而脱硫石膏免煅烧耐水无机保温砂浆,可以用于室内和室外。上海同济大学已将此技术应用于上海崇明岛某工地外保温。

脱硫石膏免煅烧耐水无机保温砂浆,经上海建科院检测,其理化性能指标见表2。

无机保温砂浆是目前国家继EPS、XPS外墙外保温系列产品后,深受生产商、客户欢迎的产品。防火性能达到A级、施工性好、操作简便、整体性好,粘结强度高、成本低,与建筑物同寿命。尤其适用于夏热冬冷、夏热冬暖地区,受到特别地推崇。脱硫石膏免煅烧无机保温砂浆的出世,它的防火性能、抗裂性能和成本,优于水泥基的无机保温砂浆,会很快得到市场的认可和推广。

脱硫石膏免煅烧技术,还可以生产蒸压脱硫石膏耐水加气砌块、抗裂砂浆、抹面砂浆等外墙外保温系列产品。

现在国内推广的EPS、XPS、无机保温等外墙外保温系列产品,从长远讲,发展的最终趋势是自保温。因此,目前蒸压砂加气混凝土砌块、蒸压粉煤灰混凝土加气砌块,作为自保温得到了重视、应用和推广,不少企业看到了这个前景,纷纷建厂上马。而我们免煅烧蒸压脱硫石膏加气砌块会很快介入到这个自保温领域,展现它的活力和优势。

6 无机耐水高强脱硫石膏粉系列产品应用研究

半水脱硫石膏,是气硬性材料,是怕水的,这是它的最大弱点。传统的解决办法,是添加有机防水材料,诸如石蜡、硬脂酸盐、有机硅、聚乙烯醇等,但它只能形成一层薄膜状,覆盖表面或封闭毛细孔,防止水的渗入,憎水效果较明显;但它会随着时间的推移,气候的变化而衰减甚至完全丧失功能。同时,又使产品的抗压、抗折强度下降10%。

耐水高强脱硫石膏粉,是掺和活性无机材料,促其水化改性,生成钙矾石和水化硅酸钙水硬性材料,耐水性和强度得到明显提高。耐久性、耐候性、抗冻融也有明显改变和提高。

它可以用来生产耐水石膏砌块、耐水石膏硅钙板、耐水石膏GRG板,以及各种耐水干混砂浆产品。

耐水高强脱硫石膏粉,适合于石膏粉建材厂生产,是调整产业结构和转变增长方式的最佳方案。由卖原材料,转变和升华为利润空间更高的卖技术、卖专利产品,不再会是算术级数的增长。当然,也更适用于石膏砌块厂、石膏板厂生产,更有产品优势和市场占有率。

石膏厂、砌块厂预估投资20万元～50万元。耐水脱硫石膏粉材料成本价150元/t～280元/t。

7 结语

脱硫石膏免煅烧技术,同样适用于其他工业副产品石膏;耐水高强脱硫石膏粉技术,同样也适用于其他工业副产石膏、天然建筑石膏。免煅烧工艺技术,是石膏家族中的新成员,煅烧与免煅烧技术,共存共荣、互为补充,必将带来石膏产业的繁荣和昌盛;必将推动副产石膏朝阳产业的发展,将对消纳固体废弃物、保护资源、保护耕地、保护生态、低碳经济、循环经济作出不可估量的贡献。

参考文献

[1]李庆繁,梁嘉琪,杨步雷.关于一种新型蒸压硅酸盐砖——石膏基蒸压磷渣硅酸盐砖探讨[J].砖瓦,2010(11)

[2]赵鑫,刘会军.粉煤灰加气混凝土生产线设备[J].砖瓦,2010(11).

[3]桂苗苗.蒸压加气混凝土砌块性能与龄期的关系[J].新型建筑材料,2010(11).

[4]方炎章,黄华大.蒸压石膏砖的开发[J].新型建筑材料,2010(12).

免煅烧脱硫石膏 篇2

对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料制品强度、耐水性的研究和应用方面,国内外有多种技术途径[1,2,3,4,5]。周娜等[1]对脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料耐水和抗干湿循环性能进行了研究,在添加适量石灰、硫酸钠等激发剂时,自然养护14 d,试件的干抗压强度为9.9 MPa。施惠生和吴敏[2]研究了不同煅烧温度及保温时间对脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系抗压强度的影响,采用矿物激发剂、石灰与化学激发剂Na2SO4对该复合体系进行改性。在脱硫石膏与粉煤灰质量比为3∶7,外掺普通硅酸盐水泥10%、石灰5%和Na2SO42%时,28 d抗压强度达11.3 MPa。彭家惠和林芳辉[4]以二水石膏和粉煤灰配合比50∶50,外掺生石灰5%,GFB胶凝材料经85℃湿热养护7 h,再自然养护,28 d抗压强度达17.5 MPa,软化系数0.85,耐水性提高,但养护要求较高。赵建华和杨玉发[5]用脱硫石膏生产的石膏砌块软化系数为0.70。以石膏、粉煤灰为原料生产的胶凝材料强度一般在10 MPa以下,耐水性差的根本问题没有得到有效解决,限制了石膏-粉煤灰胶凝材料的应用范围。

本文利用不经煅烧的脱硫石膏与粉煤灰为主要原材料,采用复合矿物激发剂,在标准养护条件下配制新型胶凝材料,二水石膏部分作为硫酸盐激发剂、部分作为微集料存在。通过复合矿物改性剂对脱硫石膏-粉煤灰体系活性料充分激发,生成更多的水硬性物质钙矾石架构胶凝材料结构网,提高胶凝材料的强度和耐水性,使制品既具有石膏制品的优点,同时又对纯石膏制品的强度不足、耐水性差等缺点进行了改性。

1 试验

1.1 原材料

粉煤灰:南京热电厂产的I级粉煤灰,烧失量为1.41%,Si O2、Al2O3含量分别为50.9%和31.4%,磨细后的比表面积为450 m2/kg。

脱硫石膏:张家港市一达建材公司提供,达到GB/T9776—2008《建筑石膏》标准2.0等级。化学成分见表1。

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复合矿物改性剂:自行研制专用于免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料,包括石灰、Na OH和GL组分。GL组分是无机矿物质,可促进粉煤灰在脱硫石膏环境下水化生成钙矾石。

1.2 试验方法

参照GB/T 17669.3《建筑石膏力学性能的测定》,采用无锡建筑材料仪器机械厂生产的AEC-201型试验机测试试件的抗压强度。

试验基本配合比为m(脱硫石膏)∶m(粉煤灰)∶m(水)=600∶400∶260,满足振动成型要求。

将粉煤灰、脱硫石膏、各固结剂和矿物改性剂加水混合,搅拌均匀,在40 mm×40 mm×160 mm标准试模中振动成型,试件成型后在室温下静置24 h脱模,再放在混凝土标养室养护至7、14、28 d分别测试试件的抗压强度。

2 试验结果与讨论

脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料从总体上讲是采用矿物改性剂对粉煤灰活性进行激发[6],进而促进粉煤灰与脱硫石膏反应的过程。脱硫石膏-粉煤灰体系是一个低碱高硫体系,粉煤灰浸出液的p H值一般在6左右,呈微酸性,因而碱性矿物改性剂能较好地激发粉煤灰活性。本文着重研究复合矿物改性剂的主要成分对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料的激发规律。

2.1 石灰对胶凝材料强度的影响

石灰对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料14 d抗压强度的影响见图1。同时做不掺Na OH和掺加1%Na OH的2组对比试验,讨论石灰和Na OH这2种碱性物质同时作用时,胶凝材料强度的发展规律,石灰和Na OH掺量按占胶凝材料质量计。

由图1可以看出,未掺Na OH时,随着石灰掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增后减,最后又有上升趋势。石灰掺量为0~1%时,随着石灰掺量的增加,胶凝材料的抗压强度有较大幅度增长;石灰掺量为1%时,胶凝材料的抗压强度最高;随着石灰掺量继续增大,胶凝材料的抗压强度反而下降。

石灰在粉煤灰活性激发过程中,为系统提供破解粉煤灰活性玻璃体中的Si—O、Al—O键的—OH和产生水硬胶凝材料所需的Ca2+(补钙增钙),以及促进水化生成物转化成更稳定、更高强度的水化产物。掺加1%Na OH后,胶凝材料的抗压强度比不掺Na OH时有了一定的增加,石灰掺量为1%、掺加1%Na OH时,胶凝材料的强度最高达7.24 MPa,比未掺Na OH胶凝材料的强度增大49.6%。但随着石灰掺量的增加,胶凝材料的强度又呈递减趋势。

2.2 Na OH对胶凝材料强度的影响

Na OH是强碱性物质,其激发能力比Ca(OH)2要强得多,使粉煤灰玻璃体转化为活性Si O2和Al2O3,并与Ca(OH)2反应生成水化铝酸钙和水化硅酸钙。Na OH掺量对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料抗压强度的影响见图2。

由图2可以看出,随着脱硫石膏-粉煤灰体系中Na OH掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小。Na OH掺量为0~3%时,胶凝材料的抗压强度增幅明显,尤其在0~1%时增幅最明显;Na OH掺量大于3%时,胶凝材料的抗压强度反而降低,但仍大于不掺Na OH时的强度。

Na OH掺量为粉煤灰质量的3%时,胶凝材料的14 d抗压强度最大,达到6.1 MPa。但实际应用中需考虑到成本问题,一般Na OH掺量为1%~2%较合适。

2.3 GL组分对石膏-粉煤灰胶凝材料强度的影响

GL组分是无机矿物质,是石膏-粉煤灰胶凝材料强度形成的主要因素之一,也是促进粉煤灰水化生成水硬性物质的矿物改性剂。GL掺量(占胶凝材料质量)对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料抗压强度和软化系数的影响见表2。

由表2可以看出,随着脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料中GL掺量的增加,胶凝材料强度不断增大。掺量在0~5%时,随着GL掺量增加,胶凝材料强度增加幅度较明显;GL掺量大于5%时,胶凝材料强度增长幅度明显减缓,但仍大于不掺加GL时的强度。随着水化龄期增大到28 d,胶凝材料的强度都有所增大,这是因为GL组分水化产物在饱和的石膏硫酸盐激发下,进一步生成高硫型的水化硫铝酸钙———钙钒石,有利于粉煤灰类胶凝材料后期强度的稳定发展[2]。

在实际应用中需考虑成本,使性价比最高,一般选择GL掺量为4%~6%比较合适。

2.4 复合矿物改性剂对脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料抗压强度的影响

根据以上矿物改性剂单掺量对脱硫石膏-粉煤灰体系的影响,选取石灰、GL、Na OH作为影响因素,将各自的3种变化作为水平,得到如表3所示的因素水平表。采用正交试验研究不同影响因素同时作用时,脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料强度的发展规律及各影响因素的影响主次顺序,确定脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料复合矿物改性剂的最佳掺量。

由表3可以看出,影响脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料14 d抗压强度的主次顺序为:GL组分>Na OH>石灰。因素A中,k1最大;因素B中,k2最大;因素C中,k3最大。所以,计算分析得到各矿物改性剂的最佳掺量为A1B2C3。即在脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料中复合矿物改性剂最佳掺量分别是石灰为1%,Na OH为1%和GL为8%。考虑性价比,Na OH掺量为1%、GL掺量为5%的脱硫石膏-粉煤灰体系强度较高,性价比最好。

3 脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料成本分析

表4列出了各种原料的单价,表5对研制的免煅烧脱硫石膏-粉煤灰胶凝材料的经济成本进行了分析,并与普通建筑石膏[7]进行比较。

元/t

由表5可知,本文所研制的免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的抗压强度高、耐水性能良好、价格便宜。免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的14 d抗压强度为16.7 MPa,约为普通建筑石膏的2倍,且免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的成本不到普通建筑石膏的1/2,因而,该复合胶凝材料具有相当的市场竞争力。

4 结论

(1)复合矿物改性剂有效激发脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料活性,提高胶凝材料强度。其中,石灰、Na OH和GL组分分别为粉煤灰质量的1%、2%和8%时胶凝材料抗压强度最高,达18.4 MPa,但基于成本考虑,Na OH一般掺1%,GL掺5%时,性价比较高。

(2)通过复合矿物改性剂高效激发的脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料,与普通建筑石膏相比,具有较优异的抗压强度与耐水性,14 d抗压强度最高达18.4 MPa,软化系数0.88,能满足一般耐水墙体材料要求;且免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的成本不到普通建筑石膏的1/2。

参考文献

[1]周娜,柏玉婷,李国忠.脱硫石膏-粉煤灰复合胶结材性能研究[J].非金属矿,2008(3):49-50.

[2]施惠生,吴敏.脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系强度的改性研究[J].水泥技术,2007(6):29-34.

[3]Hamm H,Hüller R.25 years experience gained in the european gypsum industry with the use of FGD gypsum[J].Sonderdruckauscement international,2004(4):92-102.

[4]彭家惠,林芳辉.二水石膏粉煤灰胶结材研究[J].混凝土与水泥制品,1995(6):16-19.

[5]赵建华,杨玉发.应用电厂脱硫石膏生产石膏砌块及发展前景[J].粉煤灰,2007(1):23-25.

[6]李季青.劣质粉煤灰的改性激活及高强度粉煤灰砌块的研究[J].粉煤灰综合利用,2000(2):1-5.

免煅烧脱硫石膏 篇3

据统计, 我国向大气中每排放1t二氧化硫将造成约2万元的经济损失。按照2011年全国SO2排放总量为2217.9万t[1]计算, 全国损失4400多亿左右, 约占当年GDP的0.93%。每处理1t SO2会同时产生2.7t的脱硫石膏[2]。至2012年, 我国年产脱硫石膏达6900万t以上, 库存量超过1.1亿t。如何高效的处理这些石膏资源是值得深入研究的课题。将脱硫石膏制成胶凝材料或石膏制品是脱硫石膏利用的有效途径。传统的方法是将其煅烧形成建筑石膏, 然后生产成各种制品[3,4,5,6,7,8,9,10], 但由于脱硫石膏含水率高、水分波动大, 用其生产的建筑石膏制品质量也有较大波动[11];另一种方法是直接将不经煅烧的脱硫石膏与火山灰质材料复合制备胶凝材料[12,13,14,15,16,17,18]。这种方法将摆脱由于脱硫石膏含水率波动大给石膏相关产品带来的质量不稳定的难题, 同时, 减少能源消耗, 也为大规模应用脱硫石膏奠定基础。

我国年产棉花760万t左右, 其副产物棉花秸秆年产量约为2400万t以上, 目前棉花秸秆部分作为农村的烧柴和生物化能源, 也有少量用作吸附剂、纤维素等[19,20,21], 还有一部分直接在田间烧掉, 燃烧秸秆生成大量的黑烟, 对环境造成了污染, 不符合低碳经济的发展要求。因此, 开发棉产区棉花秸秆新的用途, 也是一个迫切的问题。

目前, 国内对利用脱硫石膏、矿渣和秸秆制备胶凝材料的研究大多以低温煅烧后的脱硫建筑石膏为主要原料, 而以大掺量非煅烧脱硫石膏作为主要原料制备胶凝材料的报道较少, 本研究采用免煅烧脱硫石膏为原料, 加入少量矿渣、激发剂和秸秆, 在标准养护条件下制备新型石膏砌块。由于所用的三种原料都是工农业废弃物, 因此, 其成本比普通的建筑石膏砌块低。不仅起到保护环境, 减少废渣堆积的作用, 而且还具有良好的社会经济效益。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

试验用脱硫石膏取自盐城某电厂, 矿渣为盐城某水泥公司产, 棉花秸秆 (以下简称秸秆) 从农村收集来。脱硫石膏、矿粉的比表面积分别为1620cm2/g和3750cm2/g。脱硫石膏和矿粉的主要成分见表1。

%

1.2 试验方法

原料的比表面积采用DBT-127勃氏透气比表面积仪测定;试样的强度测试参照GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》进行;采用DRP-4型平板导热系数测定仪对复合材料的保温性能进行测试;试样的养护是在标准养护条件下进行。秸秆经破碎成2~3cm后备用。

2 试验结果与分析

2.1 免煅烧脱硫石膏/矿渣胶凝材料的制备

脱硫石膏主晶相为二水石膏, 本身并没有胶凝性, 只有与其它材料如矿渣等生成钙矾石等水化产物后才可能将石膏粒子粘结成整体。与粉煤灰、火山灰等相比, 矿渣是一种性能良好的优质火山灰材料, 矿渣本身含有较多的铝和钙, 且具有潜在的水硬性, 因此, 添加矿渣和激发剂是实现脱硫二水石膏具有胶凝特性的良好途径。为了充分利用脱硫石膏, 矿渣和石膏质量比经优选为3:7。

2.1.1 氢氧化钠对石膏-矿渣基体胶凝材料力学强度的影响

矿渣的活性激发剂通常有钙质材料、硫酸盐材料及碱。氢氧化钠属于强碱性物质, 能够促进矿渣中硅铝质玻璃体的解体, 形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、、镁碱沸石、羟基钙霞石等产物等水化产物, 并在石膏存在的情况下有助于钙矾石的生成。图1和图2是氢氧化钠掺量对脱硫石膏/矿渣胶凝材料力学性能的影响。

由图1和图2可知, 随着氢氧化钠掺量的增加, 试样的各水化龄期强度总体呈现先增大后减小的趋势。当氢氧化钠掺量为0.25%时, 胶凝材料各水化龄期强度均达到最大值, 其中28d抗折抗压强度分别为5.1MPa和25.8MPa。且当氢氧化钠掺量大于2.0%时, 试样出现“返霜”现象。强度减小的原因可能是在过量碱的存在下, 矿渣大量溶解, 在早期即形成过量的钙钒石, 钙矾石既是产生强度的来源, 也是产生膨胀破坏的主要因素, 过量的钙矾石使膨胀占主导因素, 因而导致强度的降低。同时, 过量的碱在干燥时析晶, 与空气中二氧化碳反应产生“盐析”现象等, 形成结晶应力, 导致强度降低。

2.1.2 复合激发剂CSN对石膏-矿渣基体胶凝材料力学强度的影响

复合外加剂CSN是微量碱与活性钙、铝、硅材料的复合物, 微量碱可促进矿渣结构的解体, 活性钙、铝材料有利于早期生成钙矾石, 活性硅则有利于生成水化硅酸钙。图3和图4表示激发剂CSN对脱硫石膏-矿渣胶结材各个水化龄期强度的影响。

由图3和图4可见, 在水化3d时, 随着复合激发剂CSN掺量的增加, 试样的抗折强度和抗压强度都增强。当激发剂的掺量为4%时, 试样水化7d和水化28d的抗折、抗压强度均达到最大值, 且试样28d的抗折强度和抗压强度分别为6.2MPa和46.5MPa。掺量多导致强度下降的原因与过多的钙矾石生长产生较大的体积膨胀有关。

比较图1~图4可知, 复合激发剂CSN对胶结料强度增加的效果优于氢氧化钠, 故选取4%的CSN作为脱硫石膏-矿渣胶凝材料的激发剂。因此, 脱硫石膏-矿渣胶凝材料的基本质量比为脱硫石膏:矿渣:复合激发剂CSN=7:3:0.4。

2.2 秸秆-免煅烧石膏-矿渣复合材料的制备

2.2.1 秸秆添加量对胶结料强度的影响

秸秆是含有较多低分子量木质素的材料, 当秸秆加入胶凝材料中时, 木质会溶解于胶凝体系中从而产生缓凝作用。采用秸秆粉时, 由于木质素溶解量大, 添加至胶凝材料中, 试样至7d也未凝结, 为此, 经多次优选, 采用机械破碎后, 秸秆长度在2~3cm样品对材料早期性能影响较小。图5和图6是秸秆掺量对CNS-脱硫石膏-矿渣胶凝体系强度的影响。

由图5和图6可知, 添加秸秆后, 强度大幅度下降。与未掺秸秆时相比, 当秸秆掺量为3%时, 试样的28d抗折强度下降至未掺秸秆时的42.6%, 28天抗压强度下降至未掺秸秆时的25.7%;添加10%的秸秆后, 试样的28d抗折强度下降至未掺秸秆时的33.7%, 28d抗压强度下降至未掺秸秆时的19.7%。可见秸秆掺量较小时, 胶结料28d抗压强度下降的幅度比28d抗折强度下降的幅度大, 但当秸秆掺量达到5%以后, 随着掺量的增加, 抗折抗压强度下降的幅度变小。其原因是秸秆中的木质素易溶解于水, 在体系中产生缓凝作用, 导致试件抗折、抗压强度大幅下降。抗折强度比抗压强度下降幅度小的原因在于秸秆本身抗压强度低、抗折强度高, 因而对试样的抗压强度有降低作用, 对试样的抗折有一定的增强作用。另外, 与7d相比, 试样的28d抗压、抗折强度变化不大, 说明秸秆仍在持续释放少量木质素。

2.2.2 秸秆添加量对胶结料表观密度和导热系数的影响

秸秆纤维加入到脱硫石膏墙体材料中, 不仅能够降低墙体材料的表观密度, 减轻其自重, 而且对墙体材料的保温性能提高也有帮助。图7和图8分别为秸秆掺量对脱硫石膏-矿渣胶凝材料表观密度和导热系数的影响。

由图7和图8可见, 随着秸秆含量的增加, 试样的表观密度和导热系数均不断下降, 当秸秆含量为5%时, 试样的导热系数小于0.14W/m·K, 达到保温材料的要求。秸秆纤维的加入, 使拌和过程中的空气大气泡被大量细小纤维分割成封闭小气泡, 封闭小气泡能有效阻止热量传递, 使得试样导热系数降低, 保温性能提高;另外, 秸秆纤维内部孔隙率较大, 是低导热系数材料, 能提高试样的保温性能。

2.3 免煅烧石膏-矿渣-秸秆砌块的制备

以轻质、高强的理念, 选择相关配比, 制备免煅烧石膏-矿渣 (记为A组) 和免煅烧石膏-矿渣-秸秆空心砌块 (记为B组) 。砌块尺寸为600mm×500mm×80mm, 有7个直径为50mm的孔洞, 砌块外型如图9。制备过程为:石膏、矿渣、激发剂和预处理后的秸秆混合均匀, 加水搅拌均匀, 然后倒入模具中, 在振动台上振实, 将表面抹平, 然后脱模、养护并测定性能。表2为A、B组砌块的基本性能。

由表2可以看出, 不掺加秸秆的石膏砌块, 抗折载荷达到5105N, 软化系数达到耐水材料标准, 但其表观密度和导热系数都太大。随着秸秆掺量的增加, 砌块的抗折载荷、表观密度以及导热系数都不断减小, 当秸秆掺量为5%时, 砌块的抗折载荷远高于2000N, 但其表观密度仍然偏大。

3 结论

(1) 复合激发剂CSN对脱硫石膏-矿渣胶结料强度的改善效果优于氢氧化钠。当激发剂CSN的掺量为4%时, 脱硫石膏-矿渣胶凝材料28d的抗折强度和抗压强度分别达到6.2MPa和46.5MPa。

免煅烧磷石膏砖的制备与性能研究 篇4

关键词：矿渣,镍渣,粉煤灰,胶凝材料,磷石膏砖,免煅烧

磷石膏 (PG) 是生产磷肥的副产物, 国内每年产生PG近5000万t, 其中仅20%左右的被利用。镍渣是提取镍的副产物, 国内每年约排放80万t。大量未处理的PG和镍渣堆积或直接排放, 污染土地和水资源, 将其充分利用可以保护环境、实现资源再利用和促进经济发展[1,2,3,4,5]。

以PG为主要原料, 复配适量的矿渣制备磷石膏基胶凝材料 (PGS) , 可二次利用PG。Singh[6]利用柠檬酸净化PG, 仅用5%的PG掺入矿渣水泥中;张毅等[7]利用大量未处理的PG制备PGS, 但需在65℃下养护24 h;杨家宽等[8]在蒸汽条件下处理PG, 抗压强度仅为25 MPa。目前PG的处理费用高、利用率低和PG制品养护要求苛刻等制约PG在建筑材料领域的应用。笔者将矿渣掺入未处理的PG中, 在水泥和复合激发剂作用下制备了性能优良的PGS, 探讨了不同养护制度下以镍渣为细骨料磷石膏砖的抗压强度、抗折强度、软化系数和吸水率, 以期有助于提高工业废物的资源化利用和建筑材料生产的节能水平。

1 原材料与实验方法

1.1 原材料

PG (四川绵阳) , 灰色粉末状, 过120目筛, 主要成分是Ca SO4·2H2O, 其XRD图谱见图1, 粒径较大 (见图2) ;矿渣 (江苏南京) , 粉末状, 比表面积为410 m2/kg;镍渣 (江苏南京) , 粒径为0~3 mm;52.5级硅酸盐水泥 (江苏南京) ;粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰 (南京下关电厂) , 细度为13.8% (45μm方孔筛筛余) ;复合激发剂S自制, 强碱。4种原材料的化学成分见表1。

%

注:R2O表示碱金属氧化物, PG烧失量为22.91%;镍渣中Ni O含量为0.04%。

1.2 实验方法

按m (PG) ∶m (矿渣) ∶m (水泥) =50∶40∶10混合均匀, 在水固质量比0.4下外掺激发剂, 搅拌均匀后在40 mm×40 mm×160mm标准试模中室温固化成型制备PGS。同时以镍渣为细骨料, 将粉煤灰部分取代矿渣制备免锻炼磷石膏砖。利用WHY-5/200型压力试验机测试硬化体不同龄期的抗压强度和抗折强度。

2 结果与讨论

2.1 不同碱激发掺量时PGS的性能

激发剂可以为PGS体系提供更多的OH-和SO42-, 促进水化反应和生成更多的水硬性产物 (AFt和C-S-H凝胶) , 不同激发剂掺量时PGS的性能见表2。

由表2可知, PGS浆体凝结时间随着激发剂掺量的增加呈缩短的趋势, PGS固化体的抗压强度和抗折强度随着激发剂的掺量增加呈先增加后减小的趋势, 当激发剂的掺量在3%时, PGS固化体7 d和28 d的抗压强度分别较未掺激发剂的提高了83.9%和89.6%;PGS固化体7 d和28 d的抗折强度分别较未掺激发剂的提高了59.4%和73.2%, 此时, 初凝时间和终凝时间分别为3 h:25 min和6 h:29 min, 软化系数为0.94。这可能是碱激发剂提高了体系的碱度, 中和磷石膏的酸, 促进PG体系的水化, 缩短凝结时间;适量的激发剂可生成C-S-H凝胶和少量的AFt, 改善PGS的致密性、强度和耐水性, 而过量的激发剂生成过多的AFt, 致体系膨胀而强度降低。

2.2 不同镍渣骨料掺量时磷石膏砖性能

吸水率和软化系数可以间接地反应孔隙率的大小, 即PGS固化体越致密, 吸水率越低、强度越高[9]。镍渣中含有活性的Si O2和Al2O3, 可与Ca (OH) 2反应, 生成C-S-H凝胶和水化铝酸钙[10], 使PGS固化体中的成分与细骨料之间相互粘结, 提高磷石膏砖的致密性。以不同掺量的镍渣为磷石膏砖的细骨料, 测试在20℃ (湿度大于90%) 养护下磷石膏砖的性能见表3。

由表3可知, 磷石膏砖的抗压强度和抗折强度随着镍渣含量的增加呈减小的趋势, 随着养护龄期的延长呈增加的趋势。在m (PGS) :m (镍渣) 为1∶1时磷石膏砖的性能最佳, 7 d和28 d的抗压强度分别为32.6 MPa和48.8 MPa, 7 d和28 d的抗折强度分别为2.8 MPa和3.7 MPa, 养护28 d后24 h吸水率和软化系数分别为3.1%和0.96。可见, 在20℃ (湿度大于90%) 养护下免煅烧磷石膏砖孔结构致密, 力学性能优异。

2.3 不同养护制度下磷石膏砖的性能

免煅烧磷石膏砖的养护条件简单, 本实验将磷石膏砖室温下固化成型后置于 (20±2) ℃ (湿养, 湿度大于90%) 、20℃ (干养, 湿度在40%左右) 和20℃水中 (水养) 养护至规定龄期, 其不同养护制度下磷石膏砖的各项性能如表4所示。

由表4可知, 养护制度对免煅烧磷石膏砖的性能影响较大, 在湿养条件下, 磷石膏砖的各项性能最优;而在干养条件下, 磷石膏砖各项性能一般, 其28 d的抗压和抗折强度分别为28.6、3.4 MPa, 吸水率和软化系数分别为7.2%和0.89。这主要是因为矿渣的活性在足够的湿度下水化, 生成更多的水硬性物质, 与二水石膏晶体形成相互交错的网状结构;在水养下石膏晶体 (微溶) 溶解形成空隙, 且激发剂扩散到水中而稀释, 磷石膏砖强度的增幅减缓。综上所述, 免煅烧磷石膏砖的养护要求简单, 各项性能稳定发展, 适用性较广。

2.4 不同粉煤灰掺量时磷石膏砖的性能

粉煤灰中含有大量的活性Si O2和Al2O3, 在磷石膏砖内掺有该活性物质, 不仅可以解决磷石膏砖的耐水性, 而且可以大量利用固体废弃物和降低生产成本。根据有关资料[11]表明, 粉煤灰满足放射性指标要求的最大掺量不超过30%, 故粉煤灰部分取代矿渣, 掺量不超过30%。不同粉煤灰掺量时磷石膏砖的物理性能见表5。

由表5可知, 免煅烧磷石膏砖的抗压和抗折强度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低, 当粉煤灰掺量为30%时, 磷石膏砖28 d抗压强度和抗折强度分别较未掺粉煤灰的降低48.6%和29.7%, 此时, 吸水率和软化系数分别为8.7%和0.86。

2.5 不同粉煤灰掺量时磷石膏砖的抗冻性能

为了进一步推广利用免煅烧的磷石膏砖, 本文将按照JC239—2001《粉煤灰砖》的要求测试磷石膏砖的抗冻性能, 实验结果见表6。

由表6可以看出, 免煅烧磷石膏砖的抗冻性能均满足JC 239—2001的要求。这是因为矿渣在硫酸盐、碱性激发剂和水泥激发下, 生成大量的絮状C-S-H凝胶, 包覆磷石膏砖的各个组分, 形成致密的网状结构, 进而改善了磷石膏砖的致密性和抗冻性能;粉煤灰可填充密实磷石膏砖, 一部分参与后期水化, 生成水硬性物质。当粉煤灰掺量在30%, 磷石膏砖的质量损失率、抗压强度损失率和抗折强度损失率分别为1.6%、6.3%和5.0%。

3 结论

(1) 激发剂掺量为3%时, PGS固化体28 d的抗压和抗折强度分别较未掺激发剂的提高了89.6%和73.2%, 此时初凝时间和终凝时间分别为3 h:25 min和6 h:29 min, 28 d软化系数为0.94。

(2) m (PGS) ∶m (镍渣) =1∶1时磷石膏砖的性能最佳, 7 d和28 d的抗压强度分别为32.6、48.8 MPa, 7 d和28 d的抗折强度分别为2.8、3.7 MPa, 磷石膏砖养护28 d后24 h吸水率为3.1%, 软化系数为0.96。

(3) 免煅烧磷石膏砖在不同养护制度下稳定性较好, 在干养条件下磷石膏砖28 d的抗压和抗折强度分别为28.6、3.4 MPa, 吸水率和软化系数分别为7.2%和0.89。

(4) 粉煤灰掺量为30%时, 磷石膏砖的28 d抗压和抗折强度分别较未掺粉煤灰的降低48.6%和29.7%, 吸水率和软化系数分别为8.7%和0.86, 质量损失率、抗压强度损失率和抗折强度损失率分别为1.6%、6.3%和5.0%。

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免煅烧脱硫石膏 篇5

脱硫石膏是与天然石膏具有很多共性的资源, 但因其颗粒形态、杂质组分等特性造成了其在脱水性、结晶程度、流变性、触变性、收缩性、易磨性等方面与天然石膏有着明显的差异。而煅烧制度是决定脱硫石膏制品的品质及适用条件的关键因素。比如, 煅烧温度过低, 则二水石膏不能完全转化为半水石膏, 二水石膏残留过多会使后续产品性能下降;煅烧温度过高, 会出现过烧的现象, 导致生成较多的无水石膏, 既增加了用水量, 导致水化产物中气孔增多, 强度、耐久性等性能下降, 又增加了能耗。因此, 研究煅烧制度对脱硫石膏性能的影响至关重要[3—6]。

本实验在采用不同检测手段对原材料进行分析的基础上, 着重研究不同的煅烧制度对脱硫石膏进行热处理后, 其性能的影响变化和比较, 最终给出脱硫石膏的最适宜的煅烧制度。

1 原料

脱硫石膏:产自天津北疆电厂, 根据GB/T5484—2000《石膏化学分析方法》, 测定出其中附着水含量为11.17%, 结晶水含量为18.01%以及脱硫石膏的化学成分见表1 (除Si O2和烧失量的测定采用代用法外, 其余成分均采用标准法测定) 。可见, 除二水硫酸钙外, 脱硫石膏中还含有Si O2、Mg O、Fe2O3、Al2O3等物质。

粒度分析:将脱硫石膏在40℃烘干至恒重, 冷却至室温, 取适量样品用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪进行粒度分析, 结果见图1。其中d (0.1) 为4.997μm, d (0.5) 为22.562μm, d (0.9) 为54.049μm, 比表面积为0.685 m2/g, 体积平均粒径为27.782μm。而天然石膏经粉磨后的粒度一般在140μm左右[7,8], 可见相比于天然石膏, 脱硫石膏粒度较细, 粒径分布比较集中, 颗粒级配较差。

热重分析:采用STA—449F3型综合热分析仪对脱硫石膏进行热重分析, 分析石膏发生相变的温度点, 如图2所示。从图中曲线变化可以分析出, 脱硫石膏在160℃至200℃之间发生脱水反应, 实际的最佳煅烧温度将在后续实验中证实。

2 实验方法

将脱硫石膏在40℃烘干至恒重, 冷却至室温, 并进行研磨、筛分。根据热重分析结果, 对脱硫石膏粉末分别在100℃、130℃、160℃、180℃、200℃下进行煅烧, 煅烧时间定为1.5 h。煅烧结束后, 陈化10 d。不同煅烧温度下的脱硫石膏粉进行XRD分析, 并进行标准稠度用水量测定, 2 h、7 d抗压抗折强度以及耐水性实验, 对不同煅烧制度处理后的脱硫石膏水化产物进行SEM分析, 分析结晶情况等。

耐水性能实验:按GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》, 将不同温度煅烧后的试样成型后2 h脱模, 自然养护7 d, 然后将试样在40℃烘干至恒重, 随后自然冷却至室温, 称量试件质量m干, 分别测量2 h和24 h的吸水率 (将烘干试样放置在 (20±2) ℃的清水中2 h和24 h后, 拿出并擦干表面水分, 称量此时试样的质量m湿, 吸水率的计算公式为 (m湿-m干) /m干×100%, 然后测量干折、湿折以及干压、湿压强度 (干基强度和湿基强度应同时测量) , 软化系数为在清水中浸泡24 h后的湿压强度与对应时间的干压强度的比值 (即P湿/P干×100%) [9,10]。

3 结果与分析

3.1 不同温度煅烧后脱硫石膏的XRD分析

从图3可以看出, 在经100℃煅烧后, 脱硫石膏的主要成分仍然是Ca SO4·2H2O;而在经过130℃煅烧后, 脱硫石膏中的主要成分包括Ca SO4·2H2O和Ca SO4·0.5H2O, 此时二水石膏已经开始部分转化为半水石膏;在煅烧温度达到160℃时, 主要成分是Ca SO4·0.5H2O, 但此时仍然存在部分二水石膏, 石膏煅烧不充分;在180℃和200℃煅烧后, 脱硫石膏中则以半水石膏为主, 没有发现二水石膏的特征峰。

由以上现象可以得出这样一个规律, 从130℃开始, 产物逐渐由二水石膏向半水石膏转化;当温度达到160℃时, 二水石膏进一步转化为半水石膏, 在温度上升到180℃和200℃时, 此时的产物已全部为半水石膏, 但是在200℃时可能会存在半水石膏进一步脱水后的产物Ⅲ型无水石膏在空气中会吸水重新变成半水石膏这一现象。

为了进一步确定最佳煅烧制度, 将在后续实验中对煅烧后脱硫石膏的水化产物的不同性能进行比较分析。

3.2 热处理后脱硫石膏标准稠度用水量的测定

不同热处理制度下, 标准稠度用水量与煅烧温度之间的关系如图4所示。

从图4中可以看出, 经过不同温度的煅烧处理后, 脱硫石膏的标准稠度用水量出现较大差异, 随着煅烧温度的增加, 石膏的标准稠度用水量呈增加的趋势。这是由于随着温度的增加, 二水石膏逐渐转化成半水石膏, 且温度越高, 转化率也越大, 半水石膏水化所需要的水量比二水石膏大, 这就导致了石膏标准稠度用水量随煅烧温度的增加而增加的趋势。

但需注意到, 与热重曲线反应的情况相比, 在130℃时, 石膏的标准稠度用水量有增大的现象, 并且从XRD图谱 (图3) 和后面的实验结果 (图5) 也可以看出, 这时脱硫石膏中已有半水石膏生成, 且具有一定的水化能力, 这就解释了这一现象。而之所以在热重曲线上没有反应出来, 这和仪器的升温速度较快及其灵敏度有一定关系, 并且此时由于石膏脱水产生的热效应和质量变化都较小。到后面的几个温度点, 标稠用水量的曲线趋于平缓, 也可以从侧面证明此时二水石膏已基本转变为半水石膏, 而在煅烧温度达到200℃时, 标准稠度用水量有个较小幅度的上升, 可能有少量的无水石膏的生成, 但没有在XRD图谱中反映出来。下面将通过强度实验进一步确定实验室中脱硫石膏的最佳煅烧制度。

3.3 不同温度煅烧后脱硫石膏的力学性能

从图5可以看出不同热处理制度处理下的脱硫石膏的强度变化较大, 随着煅烧温度的提高, 无论是脱硫石膏的2 h抗折、抗压强度还是7 d抗折抗压强度, 都基本是逐渐增加的。但到200℃时, 强度值略有下降。

3.4 煅烧温度对脱硫石膏耐水性能的影响

从表2中注意到, 石膏的湿基强度远低于干基强度, 即软化系数较小, 这是由于石膏本身易溶于水 (其20℃的溶解度为2.059 g/L) , 结构中微孔较多, 吸水性大, 当水分通过晶粒间隙和毛细管道等进入石膏内部, 不同晶粒间的搭接点会溶解, 导致晶粒间的结合力减弱, 同时, 由于毛细管作用, 水分会吸附在各毛细管壁上, 将各个石膏晶粒微团相互隔离开, 进一步降低了试件的湿基强度。

不同煅烧温度处理后脱硫石膏水化产物的软化系数和吸水率均有较大变化。首先, 干基强度和湿基强度随温度变化的趋势与3.3节中的情况相同, 即Ⅱ号的干基抗压抗折强度最高, Ⅰ号和Ⅲ号处理后的强度值略低。此外, 从吸水率、软化系数这两个指标来看, Ⅱ号与Ⅰ号和Ⅲ号相比, 表现仍然是最好的。试件在水中浸泡2 h后吸水率已基本不变, 同时, 还应注意到Ⅱ号和Ⅲ号的吸水率基本相近。造成这一结果的原因在于180℃热处理后, 二水石膏完全转化为半水石膏, 二水石膏以及过烧形成的半水石膏含量极少, 而这两种产物会直接影响石膏水化产物的晶体发育和微观结构, 因此在Ⅱ号水化过程中, 石膏晶体能够充分发育, 结构致密, 晶格间气孔较少, 对水分子在石膏晶体间的扩散起到一定的阻滞作用, 降低了水对石膏晶粒搭接点及晶粒微团的破坏作用, 宏观表现为相对较低的吸水率, 和软化系数。Ⅲ号的软化系数和失水率之所以与Ⅱ号接近, 是由于Ⅲ号中存在有Ⅲ型无水石膏在空气中吸水变成的半水石膏, 组成成分基本与Ⅱ号接近, 晶体的发育与裂纹扩展的控制表现良好。

3.5 不同煅烧温度下脱硫石膏水化产物的SEM分析

为了从微观层面进一步解释这种现象, 将对各水化产物进行SEM分析。

图6为不同温度下煅烧脱硫石膏后的水化产物。从图6 (a) 中可以看出, 此时石膏晶粒细小, 晶粒发育不完整且晶粒之间搭接点较少, 晶粒间隙较大, 在宏观上的直接表现就是强度较低;这是由于煅烧温度较低, 部分二水石膏没有脱水成为半水石膏, 石膏水化时只有半水石膏消耗自由水分子, 大量的自由水没有参与到石膏的水化过程, 最终以水蒸气的形式离开水化产物, 原来水分子占据的空间空置, 造成气孔率增加, 强度降低。从图6 (b) 可以看出, 此时石膏晶体呈短柱状, 部分呈片状, 此时晶粒间隙有所降低, 但晶粒发育仍然不完善, 宏观表现强度有所提高;这是由于虽然大部分二水石膏脱水成为半水石膏, 但系统中仍然存在小部分二水石膏, 说明在160℃下脱水仍然不彻底。图6 (c) 所示的180℃煅烧后的石膏晶粒发育完整, 呈柱状交错, 簇状生长, 分布比较致密, 宏观表现为强度较高。而从图6 (d) 可以看出, 200℃煅烧后脱硫石膏水化后, 晶体成针柱状相互搭接, 搭接点比较多, 但气孔率有所增加, 而此时强度降低并不多, 这是由于存在部分Ⅲ型无水石膏转化后的半水石膏, 水化后有助于搭接强度的提高, 所以强度总体变化不大。

经过以上综合分析比较, 在煅烧温度为180℃时脱硫石膏拥有较好的综合性能, 虽然在200℃时, 石膏性能也不错, 但是, 同时考虑到耗能成本等因素, 将本实验脱硫石膏的最佳煅烧温度定位180℃, 煅烧时间1.5 h。

4 结论

(1) 脱硫石膏水化后晶体一般呈针状, 柱状等, 晶粒间相互搭错, 形成致密稳定的结构;

(2) 脱硫石膏在煅烧温度为180℃, 煅烧时间为1.5 h时, 水化产物具有最佳的微观结构及性能表现;

(3) 脱硫石膏耐水性能较差, 即软化系数较低, 需要在提高石膏耐水性能方面作较深入的研究, 能够大大扩展其应用范围。

摘要：通过对脱硫石膏进行热重分析, 分析脱硫石膏的相变温度范围, 选定不同的煅烧温度对脱硫石膏进行热处理;比较不同煅烧制度处理后脱硫石膏制品的物理性能等, 并通过XRD/SEM等微观分析手段对水化产物进行分析, 最终得出脱硫石膏在煅烧时间为1.5 h, 煅烧温度设定在180℃时, 其水化产物表现出最佳的物理性能。

关键词：脱硫石膏,煅烧制度,性能,半水石膏

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