石膏缓凝剂范文

2024-07-20

石膏缓凝剂范文（精选7篇）

石膏缓凝剂第1篇

1 用脱硫石膏代替天然石膏小磨试验 (表1、2)

脱硫石膏与天然石膏与外加剂适应性试验结果 (表3) 。

从小磨试验结果来看:

(1) 脱硫石膏化学成分基本与天然石膏类似, 品质相当, 采用脱硫石膏作缓凝剂不论是单掺还是与天然石膏混合双掺, 对水泥的各种性能均未产生不良影响, 可以满足生产各品种水泥的质量要求。

(2) 脱硫石膏具有提高水泥3d、28d强度的作用, 由于脱硫石膏中含有少量可溶性盐, 有利于激发水泥活性, 加速水泥水化的作用, 并且使用脱硫石膏能够提高物料的易磨性, 具有提高台产的作用。

(3) 脱硫石膏与外加剂的适应性比天然石膏适应性好。

2 大磨工业性生产

2007年3月在小磨试验取得成功后, 公司在2500t/d熟料新型干法生产线4.0m×13.0m水泥磨进行工业性试生产。由于脱硫石膏水分偏大, 易堵塞下料点, 明显增加了岗位人员的劳动强度, 每班至少6人参与脱硫石膏进料, 并且石膏断料严重, 直接影响出磨水泥质量和磨机工况的稳定, 台时产量忽高忽低, 给生产组织带来一定难度。为此采取天然石膏与脱硫石膏按1:1搭配入库, 减少了堵料次数;但双掺后物料离析严重。我们仔细查看了生产线工艺流程, 决定在水泥配料站熟料库与石膏库之间增加一套输送设备, 具体技改为:在熟料散装库与石膏库之间平台上安装一个高4m的铁罐, 用来储存脱硫石膏, 储存量约25.3m, 合计约25t。为增强物料流动性, 在罐锥体部分内壁镶树脂衬板。罐下部装600mm×1000mm棒阀两个, 其下再装两台皮带秤用于对脱硫石膏配料计量。同时配套安装一条650mm宽, 30m长的皮带输送机, 用于脱硫石膏的输送。皮带机安装位置, 在配料站南侧, 南北布置为降低费用, 部分设备利用我厂现用的或闲置设备, 如电滚筒、两台皮带秤等, 除厂内设备外, 该项目实施所需费用约18万元左右。

3 存在问题及解决措施

在脱硫石膏使用过程中曾出现水泥凝结时间偏长, 水泥凝固慢的现象, 当时我公司水泥品种P.O32.5R、P.C32.5R水泥SO3指标为2.0±0.2%, P.O42.5R水泥SO3指标为2.3±0.2%, 降低各品种水泥SO3指标后, P.O32.5R、P.C32.5R水泥为1.7±0.2%, P.O42.5R水泥为2.0±0.2%, 凝结时间没有明显改善。为此认真分析了脱硫石膏本身性能, 决定将P.O32.5R、P.C32.5R水泥SO3指标改为2.7±0.2%, P.O42.5R水泥SO3指标改为3.0±0.2%, 调整后各品种水泥凝结时间正常。

4 生产应用

4 月中旬完成设备安装, 脱硫石膏下料正常。通过近一年的使用水泥质量稳定, 磨机台产较使用天然石膏提高2～3t/h, 并且磨机工况稳定, 基本杜绝了石膏断料。在实验取得成功后, 将脱硫石膏的使用经验推广到公司蓝田尧柏5000t/d熟料新型干法生产线水泥磨进行生产, 2008年1月公司又在2条500t/d干法生产线水泥磨使用了脱硫石膏, 至此公司已经全部使用脱硫石膏代替天然石膏生产水泥。

5 经济效益分析

用磷石膏做缓凝剂生产缓凝水泥第2篇

1 技术途径和技术方案的确定

本次施工提出的技术要求除凝结时间要求较长以外, 其它技术指标只要符合GB12958-1999规定的相应水泥品种要求即可。

1.1 两条最简捷的技术途径

(1) 在粉磨水泥时掺入适量的对混凝土性能无不良影响的缓凝剂, 如三乙醇氨、蔗糖、过磷酸钙、糖蜜废液等。

(2) 在水泥粉磨时以磷石膏部分或全部替代天然二水石膏作缓凝剂, 并掺加部分有缓凝效果的混合材 (粉煤灰、石灰石、炉渣等) , 达到延缓水泥凝结时间的目的。

因缓凝剂价格较高, 会大幅提高水泥成本, 且因掺加量少不好控制掺加量, 经研究公司决定采用方法 (2) 。

1.2 技术方案的确定

(1) 小磨试验:通过小磨试验寻求合适的磷石膏和混合材掺加量, 为大磨试验提供参考数据。

(2) 生产试验将小磨试验所取得的最佳参考数据用于大磨生产, 以验证小磨试验配比的成效。在试验中注意试验期间生产的所有水泥的储存和搭配, 对凝结时间符合要求的水泥输入专门的储库存放。

(3) 批量生产:在大磨试验取得成功的基础上, 将缓凝水泥的生产和销售纳入正常经营之中, 并对工艺参数进行进一步优化, 根据客户反馈信息进行产品性能调整, 以满足市场需求。

2 试验

2.1 小磨试验

将熟料与混合材进行粉磨, 磷石膏单独粉磨, 根据两者的SO3含量按不同比例进行配合、混匀后进行试验。

磷石膏为微黄色或淡灰色的粉状物料, 水分较高, 料性发粘, 为磷肥生产厂家的工业副产品, 主要成分为二水石膏, SO3含量在37.0%～44.0%左右, P2O5含量在0.6%～0.9%左右, F-含量在0.8%～1.0%左右。磷石膏所含的水溶性P2O5和F-虽能显著延缓水泥凝结时间, 但对水泥的水化有不利影响, 会降低水泥3 d和28 d强度。根据情况我公司选用两种磷石膏作为缓凝剂进行试验, 其中SG磷石膏①SO3含量为37.8%, LX磷石膏②SO3含量为40.7%。在试验中我们提高了粉煤灰、石灰石等混合材的掺加量, 来延长凝结时间。试验共分为2个大组10个小组, 试验配比及水泥物理性能检验结果见表2。

从表2可看出复掺粉煤灰和石灰石等混合材的水泥凝结时间:在磷石膏掺加量为4%～7%的情况下, 初凝时间和终凝时间分别为SG磷石膏①250～400 min和305～470 min, LX磷石膏②260～420 min和330～488 min, 28 d强度最低为34.5 MPa, 完全符合国标32.5级水泥的质量要求。不足之处是磷石膏的水分较大, SO3含量波动较大, 当SO3含量偏高时凝结时间过长。经综合比较认为方案2、3、7、8效果比较理想。在生产过程中我们掺加10%左右的矿渣微粉以提高水泥的28 d强度, 确保28 d富余强度。考虑到LX磷石膏②运输距离较远, 组织进料难度大, 我们决定采用采购和运输方便的SG磷石膏①方案2、3, 后掺10%矿渣微粉进行第二次小磨试验。试验结果见表3。

由表3可知配方A、B在SG磷石膏①掺加量为5%～6%的情况下, 初凝时间和终凝时间分别为335～360 min和390～435 min, 28 d强度最低为37.5 MPa, 完全符合国标32.5级水泥的事物质量要求。可以确认磷石膏作为缓凝剂可有效地调节水泥凝结时间。这样当客户提出需要凝结时间稍长的缓凝水泥时, 可以通过适当调节磷石膏掺加量来调节凝结时间, 满足客户的要求。

2.2 大磨 (生产) 试验

根据上述小磨试验所取得的数据, 结合生产实际, 在大磨试验时先后按方案A、B分别在Φ3.8×12 m磨机上进行大磨生产试验, 同时后掺10%矿渣微粉。试验生产中每小时取样一次, 分别进行理化检验 (28 d强度除外) , 试验结果见表4。同时将磨制的水泥单独存放于专用水泥储库中以便于后续搭配处理。

从表4可以看出, 缓凝水泥初凝时间在318～345 min, 终凝时间在380～433 min, SO3在2.55%～2.83%, 标准稠度用水量在28%左右, 水泥细度在2.0%以下, 可完全满足施工单位的要求。

3 批量生产

在小磨试验和大磨试验成功的基础上进行批量生产, 磷石膏按5～6%掺加, SO3按2.70±0.15%进行调节, 炉渣掺量相应调整, 其它配比不变, 批量生产的缓凝水泥性能见表5。

从表5可以看出批量生产的缓凝水泥水泥初凝时间在330～351 min, 终凝时间在395～417 min, SO3在2.65%～2.75%, 标准稠度用水量在28%左右, 水泥细度指标稳定, 抗压强度3 d为15 MPa左右, 28 d为37.5 MPa左右, 具有良好的理化性能, 可完全满足施工单位的要求。到目前为止我公司已成功生产缓凝水泥30000余吨供给市场。用户反映“水泥施工性能良好”, 并不断有新客户前来订购。

4 小结

(1) 用磷石膏完全替代天然二水石膏作缓凝剂并复掺部分粉煤灰、石灰石等混合材可成功生产缓凝水泥。

(2) 生产缓凝水泥时, 粉煤灰、石灰石等混合材有利于延长凝结时间, 可通过调节磷石膏掺加量合理控制凝结时间。

(3) 原材料中的碱性物质会中和磷石膏中的P2O5和F-, 减弱磷石膏的缓凝效果, 生产中应控制碱性原料的掺加量。

(4) 磷石膏水分较大且易于吸水, 批量生产时应对磷石膏进行晾晒或烘干, 保证水分较低, 以利于顺利掺加。

参考文献

脱硫石膏做水泥缓凝剂生产水泥第3篇

脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫净化处理过程中石灰石粉吸收二氧化硫气体反应所生成的工业副产石膏, 其主要成分是二水硫酸钙。通过大量的实验室验证, 用脱硫石膏代替天然石膏做水泥缓凝剂完全符合GB/T21372-2008的有关技术和质量要求, 水泥性能良好。但很多水泥企业在实际工业生产过程中却很难推广应用, 本文就如何通过技术改造, 成功使用脱硫石膏完全代替天然石膏做水泥缓凝剂技改一例与广大水泥同仁分享并商酌。

1 脱硫石膏的特性分析

我公司使用自备电厂的脱硫石膏, 其来源单一、质量稳定, 但由于水分较高, 在输送和入仓过程中频繁堵塞, 具体成分见表1。

2 水泥生产工艺布置及主机设备配置

2.1 主机设备配置见表2。

2.2 生产工艺布置 (技改前)

我公司水泥粉磨系统采用带辊压机的半终端粉磨系统, 中央集中控制。具体工艺布置流程见图1。

3 工业生产中存在的问题

由于脱硫石膏的附着水分高, 下料流动性差, 在输送过程中极易发生挂壁、粘仓、堵料等现象, 而且人工清捅困难, 经常造成水泥磨止料;同时由于脱硫石膏下料不畅, 导致计量不稳定, 水泥三氧化硫忽高忽低, 严重影响水泥的质量和性能。

为此, 我公司技术人员通过采取脱硫石膏和熟料、二水石膏拌合使用等措施, 虽然可以使用部分脱硫石膏代替天然石膏, 但依然存在搅拌不均匀, 掺量不稳定等不良现象, 效果一直不理想。

4 技改思路及措施

通过分析, 我们认为影响脱硫石膏正常使用的根本原因是水分高, 瓶颈问题是粘仓堵塞。为此我们提出的解决措施一是:通过烘干造粒技术解决脱硫石膏水分高的问题;二是:通过改变脱硫石膏的入磨流程、减少中间环节, 以及对喂料仓进行必要的技术改进等措施来解决脱硫石膏的粘仓堵料问题。经考察、论证, 方案一虽然技术上可行, 但一次性投资大, 不经济, 故选择方案二进行技术改造, 其主要技改举措及特点是:

⑴改变脱硫石膏的入磨方式, 增加一台皮带输送机, 使脱硫石膏直接入磨, 不再通过辊压机等中间环节。

⑵将原有传统的圆形石膏贮库改为锥斗形喂料仓, 同时仓内装贴不沾板, 提高物料的流动性。

⑶在脱硫石膏下料仓底安装回转搅拌下料器, 强制卸料

⑷脱硫石膏堆场安装防雨棚, 进行自然晾晒。

⑸在脱硫石膏下料仓外壁环形盘绕电加热管后加装保温层, 避免冬季粘附冻仓。

5 脱硫石膏喂料仓的设计

为了提高脱硫石膏的流动性, 避免粘仓堵料等, 脱硫石膏喂料仓在设计上主要考虑并采取了三项技术措施:

⑴充分考虑了粉体力学的特性以及物料水分对料仓内粉体内摩擦力的影响等综合因素, 在料斗设计时就合理的考虑了料斗壁的斜度和材质, 控制仓壁相交棱线与水平面的夹角为55°, 同时料斗内壁镶嵌黑色超高分子量聚乙烯不粘板。

⑵在料斗内自行设计并安装了双螺旋回转下料装置, 利用机械搅拌控制卸料, 具体简图见图3。

脱硫石膏作缓凝剂的试验及应用第4篇

脱硫石膏是用煤发电厂烟气脱硫时由SO2和Ca CO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为Ca SO4·2H2O,颜色浅黄,其酸碱度呈中性或略偏碱性,水分约为14%~22%,化学成分和天然石膏相近,还含有少部分杂质,如未反应完全的Ca CO3,石灰石中含有的其它杂质,一般量较少。

脱硫石膏作为一种工业副产石膏是废弃物,会污染环境。为变废为宝,我们使用脱硫石膏作水泥缓凝剂进行研究实验,并将试验结论用于实际生产中,取得了满意的效果。

2 小磨实验

2.1 试验用材料及化学成分

二水石膏与脱硫石膏的化学成分见表1,熟料化学成分及率值见表2,粉煤灰及矿渣的化学成分见表3。

2.2 实验结果

为了探索脱硫石膏对硅酸盐水泥熟料凝结时间、安定性及强度的影响,将脱硫石膏进行了烘干,把熟料按要求细碎至7mm以下,按表4所设定的不同SO3含量的硅酸盐水泥配料方案进行配制,在!500mm×500mm实验小磨上将各实验编号,粉磨成品为比表面积350±10m2/kg、细度≤4.0%。

从表4可以看出,脱硫石膏作水泥缓凝剂是可行的,使用效果同天然石膏相比相差不多,只是随着脱硫石膏的增加,凝结时间略有延长,全部代替约40min左右。硅酸盐水泥3d强度变化不大,28d强度则略有提高,双掺时效果稍明显。

为研究脱硫石膏对普通水泥和复合水泥凝结时间、安定性、强度的影响,我们进行了脱硫石膏和天然石膏在不同掺量下单掺、双掺作水泥缓凝剂的一系列试验,试验结果见表5、表6。

从表5、6可以看到,脱硫石膏作水泥缓凝剂对普通水泥凝结时间影响较小,SO3含量稍低时基本相当,3d、28d强度稍高,对复合水泥的影响则随着脱硫石膏的增加,凝结时间略有延长,3d、28d也略有增加。

3 生产应用及效果

根据试验研究的结果,2007年11月份开始把脱硫石膏部分应用于生产中,由于脱硫石膏水分较高,采用部分代替天然石膏的办法,脱硫石膏作水泥缓凝剂使用前、后检验结果见表7。

从表7可以看出,在水泥生产中,用部分脱硫石膏代替部分天然石膏是可行的,值得关注的一点就是,对复合水泥凝结时间的影响比用普通水泥的影响稍大,约1h。

公司2006年11月份至2007年1月份共消耗脱硫石膏5900t,脱硫石膏进厂价为35元/吨,荆门天然石膏进厂价为137元/吨,脱硫石膏代替2%天然石膏(水泥产量为29.5万吨),节约购买原材料费60.18万元。公司水泥年产量为220万吨,全年若用脱硫石膏2%代替部分天然石膏(石膏总掺量为4.5%),可为公司新增经济效益448.8万元。

4 结束语

(1)脱硫石膏和天然石膏一样可以作为水泥缓凝剂,脱硫石膏单掺或与天然石膏按比例双掺都是可行的。

(2)脱硫石膏对不同水泥的凝结时间的影响程度不完全一样,对复合水泥稍大,对硅酸盐水泥、普通水泥稍小。

脱硫石膏作为水泥缓凝剂的试验研究第5篇

脱硫石膏的纯度一般在90%以上,含水量

为保证水泥质量的稳定,通过对脱硫石膏形成过程、化学成分、颗粒特征的分析,进而研究了利用脱硫石膏作水泥缓凝剂的水泥性能以及脱硫石膏的作用机理。

1 试验

1.1 原料

脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、硅砂(GB/T17671),化学成分见表1。

为了解脱硫石膏的矿物组成,对脱硫石膏进行了X射线衍射分析(图1)。

XRD分析证明,文中脱硫石膏的主要晶相为CaSO4,并含有少量的Ca(OH)2、CaSO4·2H2O。其主要成分CaSO4是由于烟气在脱硫过程中温度过高,CaSO4·2H2O失去结晶水所致,矿物组成与天然石膏有一定的差别,与高温煅烧石膏相似。

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1.2 试样的制备

水泥中SO3以CaSO4形态存在,其含量是水泥重要的质量指标。据表1,除了脱硫石膏和天然石膏之外,其它原料的SO3含量均忽略不计。本文通过规定SO3的掺入量和已知各种石膏中SO3的百分含量来确定石膏的所需量。根据硅酸盐水泥标准GB/T175—2007中规定,水泥中SO3的含量不得超过3.5%。控制水泥中SO3含量为1.5%~3.5%,分别进行不同配方的对比试验。

1)脱硫石膏、水泥熟料、矿渣的配比

为了对比脱硫石膏和天然石膏对水泥性能的影响,假定水泥熟料的掺入量为80%,已知脱硫石膏中SO3的百分含量为25.93。从A0到A5使SO3含量在1.5%~3.5%范围内不断增加,随着SO3含量的增加,脱硫石膏的掺入量不断增加,导致矿渣的掺量逐渐下降。详细配比方案如表2所示。

2)天然石膏、水泥熟料、矿渣的配比

同上,规定水泥熟料的掺入量为80%,已知天然石膏的中SO3的百分含量为44.38,配方方案如表3所示。

2 结果及分析

2.1 结果

1)脱硫石膏作缓凝剂时的水泥性能

当脱硫石膏单独作缓凝剂时,各试样的安定性均合格,水泥凝结时间和各龄期强度记录如表4所示。

由表4可以看出,当SO3含量为1.5%时,水泥的初凝为35 min,小于45 min,不符合国家标准。当SO3含量在2.0%~3.5%之间时,随着SO3含量的不断增加,水泥的凝结时间不断延长。

2)天然石膏作缓凝剂时的水泥性能

天然石膏本来就是最常见的水泥缓凝剂,它单独作缓凝剂时,试验结果如表5所示。

从试验结果可知,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格。根据表4和表5中的数据做出水泥初凝、终凝的曲线图(图2),各龄期强度随SO3含量变化的曲线图(图3、图4)。

从图2可以看出,随着SO3含量的增加,水泥的凝结时间增加,但是在SO3含量相同的条件下,掺入脱硫石膏的水泥凝结时间比天然石膏有所提前。

从图3、图4可以看出,SO3含量在2.0%~3.0%的范围内,随着SO3含量的不断增加,水泥的各龄期强度不断增加,当SO3含量达到3%时,水泥的各项强度达到最大,SO3超过3.0%时,强度又略有下降,但不明显。

从图3可以看出,掺脱硫石膏的试样3 d、28 d的抗压强度明显高于掺入天然石膏的试样。由表中的实验数据可以算出,3 d的抗压强度增长范围是3.7~4.4 MPa,比天然石膏强度提高了14.8%~17.5%;28 d的抗压强度增加范围在3.4~4.4 MPa之间,比天然石膏提高了6.3~8.1%。

从图4可以看出,掺脱硫石膏的试样3 d、28 d抗折强度相差不大,时高时底。3 d、29 d的抗折强度变化不大,改变范围分别是-1.9%~4%,-1.3%~2.5%。

试验发现,利用脱硫石膏作为水泥缓凝剂,水泥的凝结时间、安定性均能达到国家标准,并且有利于水泥早期、后期抗压强度的提高。

2.2 结果分析

1)对水泥安定性的影响

引起水泥安定性不良,一般是由于熟料中的游离CaO、游离MgO或掺入的石膏(SO3)过多等原因所造成的[3]。当水泥中SO3过高时,多余的SO3在水泥硬化后继续与水和C3A形成钙钒石,产生膨胀应力而影响水泥的安定性。该文SO3掺入量在2.0%~3.5%之间,水泥的安定性合格。

2)石膏调凝机理

据研究,加入一定量的石膏调节水泥凝结时间的机理是[4]:CaSO3·2H2O同水泥熟料中的C3A化合生成难溶于水并较稳定的针状晶体3CaO·Al2O3·CaSO4·3H2O在水泥颗粒的表面形成一层薄膜,阻滞水分进入具有较大晶腔的C3A内部,从而使水泥的水化速度减缓,起到缓凝的目的。不同种类的石膏由于其溶解速度和溶解度不同,对水泥的缓凝作用也不相同。在控制各样品SO3相同的情况下,掺加脱硫石膏的水泥样品要比掺加二水石膏的水泥样品凝结时间短。产生上述现象的主要原因是这两种石膏的溶解度不同。

3)脱硫石膏的增强机理

该文脱硫石膏是采用高温硫化床脱硫,烟气在800℃与CaO发生反应,形成石膏,其主要成分为CaSO4,类似于煅烧石膏。有研究表明[5]:在水化龄期相同时,掺锻烧石膏浆体中水化产物同掺二水石膏相比,Ca(OH)2生成量大;在1 d前无钙钒石(Aft)生成;结合水量在1 d前者高于后者,而1 d后则相反,能够起到缓凝作用,同时能提高水泥的性能。脱硫石膏加快水泥早期水化产物形成的机理在于:由于脱硫石膏的溶解度较低,在水泥水化初期(1 d前),存在于水泥中的铝酸盐相不能形成AFt;从而减缓了AFt对水泥水化的延缓作用,加速了整个熟料矿物相的水化,从而增加了水泥早期水化产物的生成量,提高了水泥的强度。

另外,石膏颗粒能否与水泥充分接触而发生反应,结合程度也是影响水泥性能的重要因素。为了对两种石膏的形貌特征和颗粒大小有一定的了解,对脱硫石膏和天然石膏做了对比扫描电镜分析,结果如图5、图6所示。

脱硫石膏与天然石膏形成过程完全不同,导致了石膏颗粒形状有明显区别,在扫描电镜照片上可以看到,脱硫石膏颗粒呈蜂窝形,外形完整。对其局部放大5 000倍(图6(b)),在照片上可以看到脱硫石膏内很细小的短柱状物质。相反,天然石膏多为针、片状晶体,结晶接触点应力增大,结晶体结构较疏松,放大200倍(图5(a))时就已经呈现出片状晶体,与放大5 000倍(图5(b))的扫描照片区别不大。显然,脱硫石膏的粒度较小,比表面积大,能够充分快速的发生反应,因而活性较高。两种石膏同时作为水泥缓凝剂对水泥凝结时间和强度的影响就显而易见了。

以上的分析无论是从反应的机理还是从微观结构都说明了脱硫石膏有较好的活性,能够提高水泥的各项性能。在实际生产中,人们用二水石膏而不是脱硫石膏作为缓凝剂,主要是担心脱硫石膏的缓凝作用不强。但从水泥的凝结时间和强度两方面来考虑,加入脱硫石膏后,只要水泥的凝结时间符合国家标准要求,是有利于水泥产生较高的早期强度的。另一方面,在使用脱硫石膏时,通过测定其掺量对熟料凝结时间和强度的影响,以优选出最佳石膏掺量是十分重要的。

3 结语

与天然石膏相似,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,SO3掺入量在2%~3.5%时,各品种的水泥凝结时间均能满足国家标准的要求。通过脱硫石膏控制SO3掺入量为3%时,水泥样品的各项性能达到最佳。用它作为缓凝剂的水泥,其凝结时间、安定性、胶砂强度的指标均能达到国家标准。脱硫石膏比起天然石膏作为水泥的缓凝剂,凝结时间虽有所提前,但是各龄期抗压强度却有显著的提高。

参考文献

[1]江得厚.目前烟气脱硫工艺技术几个问题的探讨[J].发电设备,2007(2):164-167.

[2]我国火电厂脱硫行业2006年发展报告[J].中国环保产业,2007(10):20-24.

[3]林宗寿.无机非金属材料工学[M].武汉:武汉工业大学出版社,1998.

[4]沈威.水泥工艺学[M].武汉:武汉工业大学出版社,1991:262-266.

石膏缓凝剂第6篇

近年来随着福建省水泥工业的规模化发展,对作为水泥缓凝剂的石膏需求量越来越大。而福建省天然石膏资源匮乏,所需石膏均来自外省,由于路途遥远,运输紧张,天然石膏不仅价格高昂,而且库存量时常难以满足生产的要求,寻找天然石膏的替代品一直是水泥工作者的一项重要任务。以前有人研究过氟石膏、磷石膏、盐石膏、模具石膏等工业废弃物的应用,由于所含杂质的影响,水泥物理性能易发生偏差,较难控制,同时在数量上也难以满足大规模水泥厂的需求。

与此同时,随着我国火力发电的迅猛发展,以及我国环境保护政策落实力度的进一步加强,应用于燃煤电力工业的脱硫技术得以推广普及,脱硫过程所生成的脱硫石膏成了火电厂生产中的一种重要工业副产品,其主要成份为二水石膏。约有70%以上的火电厂采用湿法脱硫法,年产脱硫石膏可达1000万t以上,产量十分巨大。由于我国对脱硫石膏的综合处理与应用起步较晚,多数电厂将炉渣、脱硫石膏当成废弃物掩埋堆放,既占用地方又污染环境,将此等废弃物变废为宝已刻不容缓。

如何将脱硫石膏应用于水泥生产,用以替代天然石膏作为水泥缓凝剂已日渐引起人们的关注,为此我公司专门成立了三废利用攻关小组,自2008年8月份开始小磨对比试验,试生产,逐步用脱硫石膏替代天然石膏,至2009年1月份完全采用脱硫石膏,取得了巨大的经济效益,本文就此作一介绍。

1 脱硫石膏的性质与组成

1.1 脱硫石膏的生成原理

脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏,是火电厂烟气脱硫时以石灰石为脱硫剂,通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液,与烟气充分接触混合,并对烟气进行洗涤,使得烟气中的SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的强氧化空气反应,由SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4·2H2O,杂质主要是CaCO3和部分可溶盐,包括未反应完全的碳酸钙、石灰石中所带入的其它杂质、煤炭挥发所产生的少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。

1.2 脱硫石膏的基本性质

脱硫石膏主要成分和天然石膏一样,为二水硫酸钙,且含量高,一般都在90%以上。脱硫石膏呈湿的细粉未状,颜色因含飞灰、有机碳等着色杂质的多少而有所差异,一般呈白、灰、黄灰色或灰褐色,游离水含量一般在10%～15%。烟气脱硫石膏的颗粒大小较为平均,主要集中在20～50μm之间,平均粒径约40～60μm,颗粒呈短柱状,径长比在1.5～2.5之间。但各个电厂因控制参数的差异,脱硫石膏的粒度分布状况也略有不同,见表1。

1.3 脱硫石膏的化学组成(见表2)。

脱硫石膏杂质主要是未完全反应的碳酸钙、粘土质、烟气中沉积下来的少量可溶盐。另经岩相分析,脱硫石膏主要以单独的结晶颗粒存在,主要矿物相为二水硫酸钙,杂质成分为碳酸钙、氧化铝和氧化硅,其他成分有方解石或α石英、α氧化铝、氧化铁和长石、方美石等,因此不含对水化过程有负作用的杂质,适宜用作水泥缓凝剂。

2 用作水泥缓凝剂的试验

2.1 脱硫石膏与天然石膏的对比试验

注:上述脱硫石膏为ZZ、QZ两地所产脱硫石膏按1:1搭配,经自然风干后所得。

采用相同物料、相同配比,经过试验小磨粉磨30min后,水泥细度达到国家标准要求,依据GB1346-2001分别进行水泥标准稠度、凝结时间和安定性的测定,按照GB/T17671-1999检测水泥各龄期强度,对比脱硫石膏与天然石膏的不同加入对水泥性能的影响。试验所用原辅材料的化学组成见表3。各物料配比情况见表4。不同物料配比的水泥物理性能检测结果见表5。

2.2 不同掺量的脱硫石膏试验

采用相同物料,而脱硫石膏比例不同的物料配比(见表6)进行试验,其相关水泥物程性能检测结果见表7。

2.3 结论与分析

(1)由表4、表5可知,脱硫石膏与天然石膏一样具有调凝作用,采用脱硫石膏作为水泥缓凝剂能够符合水泥标准要求。与采用相同掺量天然石膏的水泥相比,采用脱硫石膏作缓凝剂的水泥凝结时间有所缩短,特别是初凝时间,说明脱硫石膏的缓凝效果与天然石膏相比较弱。这主要是由于脱硫石膏中含有部分未反应的CaO3和部分可溶盐,如K+、Na+盐,这些杂质的存在有利于加速水泥水化,激发混合材活性的充分发挥,加之脱硫石膏细度大,在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触,迅速发生反应,加速了水泥的凝结硬化过程。因此,若采用脱硫石膏作为水泥缓凝剂,需适当增加石膏的用量。

(2)表5表明,在相同掺量下,两种石膏所配制的水泥,其3d强度基本一样,但脱硫石膏配制的水泥28d强度略有下降。

(3)由表6、表7可知,脱硫石膏掺加量的多少对各龄期强度值的影响较大,结合表5中5#、6#的试验结果,采用脱硫石膏时,水泥中SO3的控制指标宜适当提高。

3 在水泥厂中的应用

由于脱硫石膏含水率高,进厂时一般在13%～25%,又具有较高的黏性,因此,在生产中极易黏附在装卸、提升、运输设备上,造成输送不畅、混合不匀、下料不正常。方法一,将湿粉状的脱硫石膏先进行粒化处理,使之改变物理性状,降低物料之间彼此的黏附,增加流动性,这样就可以彻底改变脱硫石膏在水泥生产过程中出现的问题,但造粒过程增加了生产工序和生产成本,一般厂还无法进行粒化。方法二,将堆场一分为二,一半供使用,一半堆放,这样即利于各地进厂脱硫石膏的搭配均化,又能通过自然风干,一般可将其水份控制在14%左右,采用少量多喂的方法可以满足生产的要求,钢板仓可以做小点,避免结拱堵料。

4 结语

(1)与天然石膏的性质一样,脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,杂质对水泥的水化过程影响不大,可以替代天然石膏广泛应用于水泥生产。

(5)采用脱硫石膏作缓凝剂,应先进行对比试验,针对不同发电厂所产脱硫石膏的质量,结合本厂熟料状况,以及混合材的种类与掺入量情况,拟定合理的使用方案。一般可以先部分与天然石膏混掺,后逐步增大脱硫石膏的配比,直至完全取代。

(3)对普通硅酸盐水泥而言,脱硫石膏作为强度/MPa缓凝剂的缓凝效果较弱,水泥的后期强度也略微下降,因此在生产控制中,宜将出磨水泥的S03控制指标提高0.1%～0.2%。

石膏缓凝剂第7篇

关键词：油井水泥,磷石膏,强度,抗硫酸盐侵蚀性

磷石膏是用硫酸分解磷矿、萃取磷酸(称湿法磷酸)过程中的副产物,制取1t磷酸副产磷石膏约5t。目前我国磷石膏累计堆存量已超过1亿t[1,2],占用大量土地,造成大气、水体等环境污染,部分水泥企业[3,4]已经将磷石膏应用于普硅水泥生产中作为缓凝剂,并取得显著的经济效益。

油井水泥作为深井和超深井井下作业的关键固井材料,要求具有合适的密度和凝结时间,较低的稠度,用其配制的预拌油井混凝土要具有良好的抗沉降性和可泵性。为满足固井施工的时限要求,往往需要在水泥浆中添加延长稠化时间的外加剂缓凝剂,以增加水泥浆的稠化时间、降低黏度、延长可泵送时间、改善流变性能等[5,6]。本文对磷石膏能否替代天然石膏做油井水泥缓凝剂进行了初步研究,研究了不同熟料细度及不同磷石膏掺量对G级高抗油井水泥性能的影响,为磷石膏在油井水泥中的综合利用提供技术支持。

1 试验原料

试验所用水泥熟料为四川攀枝花嘉华水泥厂的G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料,其化学成分见表1。磷石膏是取自四川德阳,以无水硫酸钙(CaSO4)为主,含有少部分的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),天然石膏是产自四川大邑县,主要成分为无水硫酸钙,其化学成分分析见表2。

2 试验方法

本试验主要是探究油井水泥熟料细度和磷石膏掺量对油井水泥性能的影响,因此,设计了五个熟料细度及五个石膏掺量,通过正交试验研究了各因素对水泥性能的影响。熟料细度由比表面积控制,分别取250±10m2/kg、300±10m2/kg、360±10m2/kg、400±10m2/kg、450±10m2/kg。石膏掺量由SO3含量控制,分别取2.2%、2.4%、2.6%、2.8%和3.0%。油井水泥性能按 GB10238-2005《油井水泥》的要求进行检验。用日本东芝公司TM-1000型扫描电子显微镜进行SEM分析。

3 试验结果与分析

3.1 熟料细度及磷石膏掺量对油井水泥强度的影响

磷石膏替代天然石膏作普硅水泥缓凝剂已经得到广泛应用,使用效果与天然石膏相当。而对油井水泥来说,用磷石膏全部替代天然石膏作缓凝剂,对油井水泥的各项物理性能的影响研究尚少,本文首先对油井水泥熟料的细度以及磷石膏的掺量对60 ℃养护8 h的水泥石强度影响进行了初步研究,结果见图1、图2。

由图1可知,水泥熟料的细度对水泥石抗压强度的影响较为明显,当熟料比表面积为250m2/kg时,在60℃养护8h后的水泥石抗压强度基本未达到GB10238-2005油井水泥标准中规定的要求(≥10.3MPa),而当熟料比表面积大于300m2/kg时,水泥石抗压强度基本都超过了油井水泥标准规定的最低标准,且随着熟料细度的增加,强度值逐渐增加,当细度超过400m2/kg,抗压强度开始下降。这是由于水泥的比表面积增大,在同样的水灰比条件下,水泥的水化速度加快,凝结、硬化速度也随之加快,随着细度的增加,强度增加。但当水泥细度过细(450m2/kg),钙矾石的形成速度加快,诱导期提前,影响了其他水化产物的形成,因此,水泥的比表面积是决定其物理性能的关键因素之一。另外,油井水泥不能磨得过细,否则将会增加水泥浆体的稠度,使其流动度不好,泵送性能降低,不利于施工,因此水泥熟料的比表面积控制在400m2/kg左右。

由图2可知,随着磷石膏掺量(以SO3含量计)的增加,相同细度的油井水泥石60℃8h抗压强度呈现上升曲线,当磷石膏掺量即SO3含量达2.8%左右,上升趋势减缓,这也可归咎于磷石膏中SO42-离子浓度的增加,加快了钙矾石的形成速度,进而影响强度发展,不过也不排除磷石膏中的有害杂质的影响,所以如果要控制磷石膏的理想掺量必须参考水泥其他物理性能,而如果单独考虑磷石膏掺量对抗压强度的影响,则磷石膏添加量范围较宽。

3.2 磷石膏替代天然石膏对油井水泥性能的影响

磷石膏替代天然石膏对水泥石60℃养护8h抗压强度以及对初始稠度和稠化时间的影响,测试结果结果见表3,制成柱状图,见图3～5。

由图3可以看出,在熟料细度和石膏掺量相同的条件下,掺磷石膏的水泥石60℃8h的抗压强度略低于掺天然石膏水泥石强度,这可能是由于磷石膏内所含P2O5造成。然而,掺磷石膏的水泥石强度与掺天然石膏的强度之间的差距不是很大,且掺磷石膏油井水泥石60℃8h抗压强度基本都高出GB10238-2005油井水泥标准所规定抗压强度(≥10.3MPa)。因此,单从抗压强度的角度考虑,磷石膏可以替代天然石膏作油井水泥缓凝剂,如果为了达到更好的使用效果,可以对磷石膏进行改性,如此可以获得更高的强度。

由图4、图5可知,当石膏掺量一定时,随着孰料比表面积的提高,初始稠度增加,稠化时间缩短,这与强度发展的原因相同,即水泥细度决定了水泥的水化硬化速度,也决定了水泥浆体的稠度。而当水泥细度一定时,石膏掺量即SO3含量增加,初始稠度增大,稠化时间增长,充分表明了磷石膏对油井水泥显著的缓凝作用效果。另外,与掺天然石膏的油井水泥相比,掺磷石膏的油井水泥的初始稠度偏高,稠化时间也略长,因此,在使用磷石膏作油井水泥缓凝剂的时候要严格控制其掺量,以免初始稠度过高,稠化时间过长,影响水泥性能。

3.3 磷石膏对水泥石抗硫酸盐侵蚀性能的影响

按照GBT748-2005《抗硫酸盐硅酸盐水泥》方法进行抗硫酸盐侵蚀性能检测,水泥石在3%硫酸盐和淡水中浸泡11d、28d的抗压强度值见表4。

从表4可以看出,在淡水浸泡下和在硫酸盐浸泡下11d水泥石强度间稍有差距,其中最大强度差距不超过3MPa,而28d后期强度值基本相当,磷石膏替代天然石膏并未影响高抗油井水泥的抗侵蚀性能,28d硫酸盐侵蚀后的试块强度未受影响。这可能是与油井水泥的高抗硫酸盐性能有关。掺磷石膏试样分别在淡水和3%硫酸盐中侵蚀11d、28d的SEM形貌图基本相似(见图6、7),稍有不同的是硫酸盐中侵蚀试样SEM形貌图中少量针状纤维出现,这是由于在硫酸盐中浸泡的试块水化过程中形成钙矾石(AFt),它属于三方晶系,典型的棱柱状结构,相关文献表明二次钙钒石的生成与试样外部生长条件中抗硫酸盐侵蚀有关。当晶体生成的空间较大,晶核较小,结晶速度较慢时,可显示出明显的棱柱状形貌,并可见六角形断面;当晶体生长的环境较复杂,结晶速度较快时,所见往往为棱边不明显的等径细长棒,在水泥熟料中,后一种较多[7]。

4 结论

1.油井水泥石60℃养护8h强度随油井水泥熟料细度的增加而增大,细度达到400m2/kg时,水泥石强度达最高。

2.油井水泥石60℃养护8h强度随磷石膏掺量的增加呈现缓慢上升趋势。

3.掺磷石膏的水泥石强度与掺天然石膏的强度之间的差距不大,且掺磷石膏油井水泥石60℃、8h抗压强度基本都高出GB10238-2005油井水泥标准所规定抗压强度(≥10.3MPa)。

4.与掺天然石膏的油井水泥相比,掺磷石膏的油井水泥的初始稠度偏高,稠化时间也略长。

5.磷石膏替代天然石膏并未影响G级高抗油井水泥的抗侵蚀性能。

参考文献

[1]纪罗军,陈强.我国磷石膏资源化利用现状及发展前景综述[J],硫磷设计与粉体工程.2006(6):9-12.

[2]杨荣华.石膏资源的综合利用现状及发展方向探讨[J].无机盐工业,2008,40(4):5-7.

[3]杨淑珍.磷石膏改性及其作水泥缓凝剂研究[J].武汉理工大学学报.2003(1):50-53.

[4]聂海滨,安耀彬,刘翠薇.浅析我国G级高抗油井水泥的质量水平[J].水泥,2006(10):20-22.

[5]黄柏宗,谢承斌,蔡久能.深井固井的若干问题[J].钻井液与完井液,2003(8):15-21.