利用脫硫石膏制備粉刷石膏砂漿

戴麗聰

（常州市眾華建材科技有限公司，常州 213003）

0 前言

我國的濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝從 20 世紀(jì) 90 年代后才開始。1996 年，重慶洛磺電廠投資新建的脫硫石膏裝置，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力 90 萬 t。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的火電廠及其脫硫裝置的裝機(jī)容量在逐年增加，脫硫石膏的產(chǎn)量也在逐年增長，2000 年我國的脫硫石膏總產(chǎn)量已達(dá) 200 萬 t。到 2012 年末，我國火力電廠的煙氣脫硫機(jī)組容量約為 40000～50000MW，其中有 70% 以上采用濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝。以燃煤含硫量約為 2%、年運(yùn)行 5000h、年脫硫效率以90% 計(jì)，屆時(shí)年產(chǎn)純度 90%～95% 的脫硫石膏約 850萬 t。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和以煤炭為主要能源的國家，加上我國煤炭的含硫量普遍較高，燃煤中SO2對大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重，因此，對含硫煙氣進(jìn)行脫硫處理已勢在必行。同時(shí)，由于脫硫石膏價(jià)格低，且綜合利用脫硫石膏可以享受國家的優(yōu)惠政策。因此，企業(yè)可以在綜合利用脫硫石膏產(chǎn)品中進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)加大脫硫石膏的利用。本文以脫硫石膏為主，輔以礦渣、水泥等原料，制備石膏基膠凝材料，對脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案

（1）確定一個(gè)石膏基膠凝材料的配合比；測試它所制得的試塊的各項(xiàng)性能，采用 30% 脫硫石膏、30% 礦渣、30% 粉煤灰、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），測試此最佳稠度需水量，并得出此配比 3 天、7天和 14 天的強(qiáng)度。

（2）根據(jù)第一種配合比所得的結(jié)果，繼續(xù)調(diào)整，提高脫硫石膏含量，測試制得試塊的性能采用 50%脫硫石膏、40% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），測試此配合比在 3 天、7 天和 14 天的強(qiáng)度。

（3）通過兩種配合比所得結(jié)果，繼續(xù)提高脫硫石膏含量，采用 60% 脫硫石膏、30% 礦渣、9% 水泥、1% 緩凝劑（檸檬酸），比較此配合比與上兩種強(qiáng)度的關(guān)系，得出試驗(yàn)所需的最佳脫硫石膏摻量。

三個(gè)配合比見表 1。

表 1 石膏基膠凝材料配合比

表 2 脫硫石膏與天然石膏的化學(xué)組成 %

2 試驗(yàn)原材料

2.1 脫硫石膏

在脫硫過程中，為了提高煙氣脫硫效率，技術(shù)上對用于脫硫的石灰石（或石灰粉）中的氧化鈣含量有較高的要求，這在客觀上保證了脫硫石膏化學(xué)成分的穩(wěn)定。脫硫石膏的主要化學(xué)組成與天然石膏基本相似（見表2），其 CaSO4·2H2O 含量一般在 90% 以上，游離水含量 10%～20%，呈濕粉狀。本文脫硫石膏來自江蘇一火電廠，脫硫石膏過 0.08mm 篩。在試驗(yàn)所采用的脫硫石膏為半水—脫硫石膏，是一種高強(qiáng)度的建筑石膏，采用前必須對普通脫硫石膏進(jìn)行脫水處理，一般脫硫石膏含水一般在 11%～13% 左右，在半水石膏生產(chǎn)中，經(jīng)烘箱烘 6h 后（烘箱溫度：(185±5)℃）干燥脫出表面水及脫出部分結(jié)晶水才能獲得半水—脫硫石膏，其性能見表 3。

表 3 半水—脫硫石膏的性能 %

2.2 礦渣

礦渣來源常州礦渣廠，過 0.9mm 的方孔篩，篩余物為礦渣結(jié)塊，礦渣成分見表 4。

表 4 礦渣的成分 %

2.3 粉煤灰

粉煤灰一般使用火電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（0.045mm 篩余）等于 12%；需水量比 95%；含水量0.1%。

2.4 水泥

本試驗(yàn)使用的是海螺 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，過0.9mm 的方孔篩，基本性能見表 5。

表 5 水泥的成分

2.5 緩凝劑

緩凝劑為市常規(guī)純白色粉末，性能見表 6。

表 6 緩凝劑的性能

2.6 水

常州自來水。

3 粉刷石膏的配制

3.1 粉刷石膏的性能要求

粉刷石膏是以半水石膏為主要膠凝材料配制的砂漿，主要用于室內(nèi)墻體和頂棚的粉刷和找平，具有粘結(jié)力強(qiáng)、不易空鼓開裂，導(dǎo)熱系數(shù)小和防火的性能，而且有良好的呼吸功能的特點(diǎn)，是一種適合人居環(huán)境的綠色墻體材料。按照 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，粉刷石膏必須符合表 7 標(biāo)準(zhǔn)。

表 7 粉刷石膏的性能標(biāo)準(zhǔn)

3.2 粉刷石膏工作性能研究

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果見表 8。由表 8 可知，當(dāng)半水脫硫石膏的摻量增加時(shí)，用水量也隨之增加，半水—石膏摻量由 30% 增加到 50%，標(biāo)稠用水量增加了 0.6%，當(dāng)半水石膏摻量由 50% 增加到 60% 時(shí)，標(biāo)稠用水量提高了3.5%。

表 8 標(biāo)稠用水量試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果見表 9。由表 9 可知，3 組配比凝結(jié)時(shí)間對比發(fā)現(xiàn)半水—脫硫石膏加入量越多，膠凝材料隨之凝結(jié)時(shí)間越快，半水—脫硫石膏反應(yīng)越激烈，但總體凝結(jié)時(shí)間相差不大。

表 9 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

3.3 粉刷石膏力學(xué)性能分析

通過凈漿試驗(yàn)，在不同礦渣、半水—脫硫石膏不同摻量情況下，測試抗壓、抗折強(qiáng)度，所得數(shù)據(jù)見表10。

表 10 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果 MPa

由表 10 可以看出，當(dāng)半水—脫硫石膏摻量由 30%增加到 50% 時(shí)，強(qiáng)度比增加了 2%～6%；當(dāng)半水石膏摻量由 50% 增加 60% 時(shí)，強(qiáng)度比增加了 5%～10%，此時(shí)強(qiáng)度比增加更加明顯，可見半水—脫硫石膏制備粉刷石膏材料時(shí)，半水—脫硫石膏摻量少量增加，隨著脫硫石膏總量增多，強(qiáng)度增加越加明顯。

脫硫石膏摻量對粉刷石膏材料力學(xué)性能分析：粉刷石膏材料配比中，脫硫石膏所占成份越高，所得配比強(qiáng)度增強(qiáng)，礦渣成份越低，配比強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)，當(dāng)配比為脫硫石膏∶礦渣∶水泥為 6:3:1 時(shí)所得的試塊達(dá)到了一個(gè)非常高的強(qiáng)度。

各齡期強(qiáng)度結(jié)果的比較見圖 1。

圖 1 三種配比強(qiáng)度的對比

由圖 1 可知，各種配比隨著齡期的增大強(qiáng)度出現(xiàn)不同的改變，配比 1（半水—脫硫石膏 30%）與配比 2（半水—脫硫石膏 50%）的抗壓強(qiáng)度在 3 天為最好，14 天強(qiáng)度有所減弱，呈現(xiàn)的曲線波動(dòng)大抵相同。對比三種配比，配比 3（半水—脫硫石膏 60%）強(qiáng)度在 3 天時(shí)為最強(qiáng)，相比于配比 1、2 當(dāng)半水—脫硫石膏成分為60% 時(shí)膠凝材料的早期強(qiáng)度很高。通過配比 3 的曲線分析，隨著半水—脫硫石膏成分的增加至 60% 時(shí)，隨著齡期的增加膠凝材料在 3 天的時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最高，7 天和14 天有所減弱，原因在于粉刷石膏材料早期反應(yīng)過于激烈，容易在材料內(nèi)部形成缺陷，以致后期強(qiáng)度下降。對比 3 種配比曲線圖，可知配比 3 為試驗(yàn)所得的最佳強(qiáng)度，此時(shí)強(qiáng)度對比 JC/T 517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)度要求（≥4MPa）已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)符合條件。綜上所述，考慮到經(jīng)濟(jì)成本和膠凝材料性能良好兩方面，半水—脫硫石膏的摻量為 60% 為最佳。

4 結(jié)論

本文以半水—脫硫石膏為主，輔以礦渣、水泥等原料，制備石膏基粉刷石膏的材料，對半水-脫硫石膏制備粉刷石膏做試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）由試驗(yàn)結(jié)果，可知半水—脫硫石膏比為 60%時(shí) 3 天、7 天和 14 天強(qiáng)度均最強(qiáng)。初步確定半水—脫硫石膏 60% 配比時(shí)強(qiáng)度最強(qiáng)，即脫硫石膏 60%、礦渣30%、水泥 9%、緩凝劑 1% 的配比為最佳配比，此種配合比膠凝材料強(qiáng)度最高。

（2）試驗(yàn)中當(dāng)半水—脫硫石膏摻量增加，礦渣的成份減少，用水量也隨之增加，此膠凝材料隨之凝結(jié)時(shí)間也隨之變快。

（3）半水—脫硫石膏制備膠凝材料時(shí)，半水—脫硫石膏摻量少量增加，隨著脫硫石膏總量增多，強(qiáng)度增加越加明顯。

（4）試驗(yàn)所得最佳配比中隨著齡期的增加，強(qiáng)度開始有所減弱，原因在于石膏基膠凝材料早期反應(yīng)過于激烈，容易在材料內(nèi)部形成缺陷，以致后期強(qiáng)度下降。

（5）本試驗(yàn)所得半水—脫硫石膏膠凝材料的性能達(dá)到了 JC/T517—2004《粉刷石膏》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以用于粉刷石膏的生產(chǎn)。