磷石膏在水泥制品中的應用

羅進峰

摘 要：分析了脫硫石膏的主要成分、應用機理和分類，并研究了替代天然石膏的可行性、對水泥緩凝性能的影響、優(yōu)點及注意事項。將脫硫石膏用作水泥緩凝劑，可以提高水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：脫硫石膏;水泥;應用;實踐

目前，中國的SO2污染主要來源于燃煤煙氣中的SO2，而通過煙氣脫硫，可以減少SO2的排放量。而現(xiàn)今應用最廣泛的脫硫工藝會產(chǎn)生副產(chǎn)物—脫硫石膏，而且數(shù)量非常龐大，因此，應對其進行綜合利用。有關試驗研究顯示，將脫硫石膏用于生產(chǎn)水泥，既能節(jié)約資源，又可以減少生產(chǎn)成本，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

1 概述脫硫石膏

1.1 化學組成

脫硫石膏（CaSO4·2H2O）中，一般含90%以上的CaSO4+CaSO4·2H2O，高于天然石膏的 70%至80%。如表1所示為幾種廠家脫硫石膏的化學成分，如果用作緩凝劑，均能滿足要求。

1.2 應用機理

在水泥生產(chǎn)中，脫硫石膏的應用機理如下：脫硫石膏是一種工業(yè)副產(chǎn)品，由火電廠進行煙氣脫硫時，CaCO3與SO2反應所生成，主要為二水硫酸鈣，還含一些其他雜質。根據(jù)國家倡導的節(jié)能環(huán)保方針，以及綜合利用工業(yè)廢渣的政策，將脫硫石膏用作緩凝劑進行水泥的生產(chǎn)，既能減少成本，又能變廢為寶。

1.3 應用分類

目前，根據(jù)煅燒與否，對脫硫石膏進行應用分類：①不煅燒，直接使用;②煅燒（脫水）脫硫石膏，制成熟石膏，再進行利用。第一種情況作為水泥緩凝劑或代替全部的天然石膏進行水泥生產(chǎn)等，第二種情況主要作為建筑石膏或用于石膏硬性膠凝材料的配制。

2 在水泥生產(chǎn)中脫硫石膏的應用

2.1 分析替代可行性

天然石膏（CaSO4·2H2O）的緩凝作用機理為，石膏能快速和Ca（OH） 2、C3A反應，生成水化硫鋁酸鈣C3A3·CaSO4·Ca（OH）2，它難溶于水，會在沉積C3A表面，進而形成包裹層，阻止C3A進一步發(fā)生水化，而降低鋁酸鹽的溶解度，致使不能分離出鋁酸鈣的水化產(chǎn)物。所以，決定凝結時間的將不再是C3A，而是C3S膠體溶液，其反應慢，而且隨著其濃度的增加，會延緩水泥的凝結。

脫硫石膏主要包括CaSO4·2H2O以及一些少量的亞硫酸鹽，其主要成分和天然石膏均為CaSO4·2H2O，而有關研究顯示，少量的亞硫酸鹽能稍微延緩水泥凝結，而不影響水泥的其它物化性能，通過對熟料配料方案的調(diào)整，提高C3A在水泥熟料中的含量，減少水泥凝結時間，進而控制亞硫酸鹽的延長作用，能在確保水泥質量的基礎上，將脫硫石膏應用到水泥的生產(chǎn)中。

摻入天然石膏或脫硫石膏3%至5%，水泥的各種物理性能均較為相似，而且都與國家標準相符。若摻入3%的脫硫石膏，相較于摻4%、5%的，水泥的凝結時間約延長了35分鐘。若摻入4%、5%的天然石膏，相較于摻入等量的脫硫石膏，水泥的凝結時間約延長了30分鐘。隨著SO3含量的增大，摻脫硫石膏的水泥，其強度進行無規(guī)律的改變，而摻天然石膏的水泥，其強度卻會略有增加。

在石膏中，CaSO3及可溶性鹽，有利于水泥的強度增大以及混合材活性的激發(fā);而CaSO3過量，而且和石膏一起時，水泥的凝結時間易被延長。將脫硫石膏用作緩凝劑生產(chǎn)的水泥，其強度和用天然石膏生產(chǎn)水泥的一樣，而且有些品種水泥的強度還會有所提高。

2.2 用作水泥緩凝劑

（1）研究含不同SO3量時，硅酸鹽水泥的性質。通過多次重復試驗發(fā)現(xiàn)，摻入脫硫石膏后的水泥中，含2.5%至3.0%的SO3時，水泥具有較高的強度，與摻等量天然石膏的相比，凝結時間稍長，且比表面積稍大。

（2）混合摻入脫硫石膏及天然石膏時，水泥的性能。通過多次重復試驗，將脫硫石膏與天然石膏分別按1∶1、2∶1及1∶2的比例摻入，進行水泥生產(chǎn)，結果顯示，水泥性能均較相似，只是凝結時間不同，主要原因為廠家摻入脫硫石膏的量不同而導致的。

（3）摻入脫硫石膏生產(chǎn)水泥的性質。為了驗證脫硫石膏對水泥性能的影響，按如表2所示的配比，開展試驗。如表3所示為將脫硫石膏用作緩凝劑而生產(chǎn)的普通水泥的性能，可以看出，水泥性能與應用標準完全符合。

2.3脫硫石膏用于水泥生產(chǎn)的優(yōu)點

2.3.1 易磨、比表面積大

摻入脫硫石膏后，粉磨時間相同時，生產(chǎn)的水泥具有較多的細顆粒，比表面積也較大。相關實踐也顯示，對于易磨性，脫硫石膏優(yōu)于天然石膏。

2.3.2 免稅

針對廢渣資源的免稅利用，國家發(fā)改委、財政部及稅務總局最新政策規(guī)定，利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥，能免稅。

2.3.3 降低成本、增大市場競爭力

水泥企業(yè)利潤率普遍較低，為了增強市場競爭力，只能降低成本。天然石膏和脫硫石膏的售價一般分別為150元/噸和100元/噸，在水泥中，以摻量為4%進行計算，每噸水泥能減少（150-100）×4%=2元。目前，根據(jù)我省水泥行業(yè)的政策，每個企業(yè)最低按65萬噸進行計算，每年大約能減少成本支出65萬×2元=130萬元，對于水泥企業(yè)來說，這是一件變廢為寶的大好事。

2.4 注意事項

在利用脫硫石膏生產(chǎn)水泥時，需要注意：①脫硫石膏和熟料的生產(chǎn)廠家不同時，使用前，均應先通過小磨試驗，找出最佳摻量;②為了保證摻量穩(wěn)定，使用前應增大檢驗頻率;③脫硫石膏成球后，強度雖然增大了，但是卻存在附著水，應進行加強控制，避免水分過大而導致下料不均，進而影響石膏摻量，不利于水泥的各項性能;④盡量使粉磨后的水泥均化。

3 結? 語

總之，對比天然石膏和脫硫石膏發(fā)現(xiàn)，它們的物、化學性質及礦物組成均相似。將脫硫石膏用作水泥緩凝劑，水泥性能與應用標準完全符合，而脫硫石膏的成本比天然石膏的要低很多，利用脫硫石膏替換天然石膏，能減少生產(chǎn)成本;而且可以很好的利用固廢的脫硫石膏，廢物被資源化利用，實現(xiàn)了綜合利用脫硫石膏的目的，具有良好的環(huán)境效益，能產(chǎn)生可觀的社會及經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]張文艷.煙氣脫硫石膏做水泥緩凝劑的研究[D].河南理工大學，2010.

[2]徐午言.超細石膏粉體改性水泥基材料技術研究[D].西南科技大學，2016.

[3]毛樹標.煙氣脫硫石膏綜合利用分析[D].浙江大學，2005.