脫硫石膏初、終凝時(shí)間的影響因素

王永生劉新狀施同飛

（1鎮(zhèn)江北新建材有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212400；2中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司,北京 100124）

脫硫石膏初、終凝時(shí)間的影響因素

王永生1劉新狀2施同飛2

（1鎮(zhèn)江北新建材有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212400；2中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司,北京 100124）

近年來，隨著脫硫石膏應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，脫硫石膏的應(yīng)用也越來越廣泛。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，不同發(fā)電廠生產(chǎn)的脫硫石膏的主要成分、物理、化學(xué)性質(zhì)等方面不盡相同。在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的前提下，如何生產(chǎn)出性質(zhì)相同的石膏產(chǎn)品成為一個(gè)亟待解決的問題，而脫硫石膏的初、終凝時(shí)間的長(zhǎng)短則是其中一個(gè)至關(guān)重要的因素。本文對(duì)三家不同發(fā)電廠的脫硫石膏經(jīng)過煅燒后，對(duì)其初、終凝時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，探討影響其初、終凝時(shí)間的因素。結(jié)果表明：吸附水的含量是決定脫硫石膏的凝結(jié)時(shí)間的重要因素。

脫硫石膏；煅燒溫度；煅燒時(shí)間；初、終凝時(shí)間

脫硫石膏作為燃煤電廠煙氣的副產(chǎn)品, 已經(jīng)是一種應(yīng)用廣泛的綠色環(huán)保材料。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年的脫硫石膏約為1500萬噸[1]，到2020年，中國(guó)的脫硫石膏年產(chǎn)量將達(dá)到9000萬噸[2]。但其利用和處置問題已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)火電廠脫硫工程急需解決的問題，它的綜合利用已引起各國(guó)的重視。同時(shí)，脫硫石膏的應(yīng)用前景也引起世界各國(guó)的濃厚興趣。在我國(guó)，脫硫石膏主要用于水泥緩凝劑、紙面石膏板和石膏砌塊的生產(chǎn)原材料以及改良土壤的肥料[3]。

與天然石膏相比，火電廠煙氣脫硫凈化處理得到的脫硫石膏具有不可避免的缺點(diǎn)，如純度不高、含水率較高、雜質(zhì)多、有害成分超標(biāo)等[4],這些缺點(diǎn)使得電廠生成的脫硫石膏質(zhì)量不易控制。不同火力發(fā)電廠所生產(chǎn)的脫硫石膏，在相同的煅燒條件下，煅燒后各項(xiàng)性能差異也較大，尤其是熟石膏粉的初、終凝時(shí)間長(zhǎng)短不一，嚴(yán)重影響了脫硫石膏在工業(yè)上的應(yīng)用。本文選取三家不同電廠生產(chǎn)的脫硫石膏，在相同的煅燒條件下，研究脫硫石膏初、終凝時(shí)間，并結(jié)合SEM分析影響脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間的因素。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及處理

脫硫石膏的主要成分是二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。本試驗(yàn)選取的三家不同發(fā)電廠生產(chǎn)的脫硫石膏，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 不同發(fā)電廠的脫硫石膏的主要參數(shù)

熱處理溫度與時(shí)間均對(duì)脫硫石膏的轉(zhuǎn)化率和強(qiáng)度有較大影響。研究表明最佳的煅燒溫度為180℃，煅燒時(shí)間為2h，在該條件下，脫硫石膏的轉(zhuǎn)化率最高，熱處理得到的主要是半水石膏，而且強(qiáng)度最大[5]。本文將上述三家電廠的脫硫石膏各取適量，在180℃的硅碳棒電爐中煅燒2小時(shí)，取出之后采用自然冷卻的方法冷卻至室溫，放入密封袋中陳化備用。

1.2 試驗(yàn)樣品的制備及測(cè)試方法

參照GB/T17669.3-1999《建筑石膏力學(xué)性能的測(cè)定》，按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稱量水，并將水倒入攪拌碗中。稱取試樣適量，在5s內(nèi)將試樣倒入水中，用拌和棒攪拌30s，得到均勻的料漿。倒入環(huán)模中，然后將玻璃底板抬高約10mm，上下震動(dòng)五次。用刮刀刮去溢漿，并使料漿與環(huán)模上端齊平。將裝滿料漿的環(huán)模連同玻璃底板放在儀器的鋼針下，使針尖與料漿的表面相接觸，且離開環(huán)模邊緣大于10mm，迅速放松桿上的固定螺絲，針即自由地插入料漿中。每隔30s重復(fù)一次，每次都應(yīng)改變插點(diǎn)，并將針擦凈、校直。記錄從試樣與水接觸開始，至鋼針第一次碰不到玻璃底板所經(jīng)歷的時(shí)間，此即試樣的初凝時(shí)間。記錄從試樣與水接觸開始，至鋼針第一次插入料漿的深度不大于1mm所經(jīng)歷的時(shí)間，此即試樣的終凝時(shí)間，測(cè)量結(jié)果取平均值即為測(cè)試結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)凝結(jié)試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果，將本試驗(yàn)三家電廠生產(chǎn)的脫硫石膏，在煅燒后的凝結(jié)時(shí)間整理如表2所示。

表2 不同發(fā)電廠的石膏初、終凝時(shí)間

由表2可知：電廠A與電廠B脫硫石膏的初凝時(shí)間相同，均為1分03秒，但是與電廠C的1分18秒有較大差異；電廠A、B、C的終凝時(shí)間依次遞增，分別為4分鐘、4分14秒和4分26秒。石膏的凝結(jié)主要在水化過程中，首先由半水石膏部分溶于水，形成飽和溶液，而二水石膏的溶解度遠(yuǎn)小于半水石膏，因而,二水石膏會(huì)逐漸析出。剛析出的二水石膏晶體先是通過水膜以范德華力相互吸引，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，二水石膏晶體大量生成、長(zhǎng)大，晶體間相互接觸、連生而形成一個(gè)牢固的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，從而得到具有強(qiáng)度的石膏硬化體[6]。

圖1 電廠A脫硫石膏掃描電鏡圖

圖2 電廠B脫硫石膏掃描電鏡圖

由表1與表2可知：吸附水的含量是影響脫硫石膏的一個(gè)至關(guān)重要的因素。在一定的溫度下，煅燒時(shí)間相同，隨著吸附水含量的增加，脫硫石膏的初終凝時(shí)間不斷增長(zhǎng)。這是由于煅燒時(shí)間、溫度一樣時(shí)，吸附水含量的增加會(huì)導(dǎo)致相同質(zhì)量的脫硫石膏所含水量增加，半水石膏中存在的二水石膏不能充分脫水，并且經(jīng)過煅燒的半水石膏顆粒粒度增加，粒徑變大，比表面積減小，與水接觸的面積變小，水化后，二水石膏的過飽和溶液的飽和度明顯上升，半水石膏的水化反應(yīng)及凝結(jié)速度明顯變慢，導(dǎo)致脫硫石膏的初終凝時(shí)間變長(zhǎng)。

2.2 SEM分析

對(duì)三家電廠生產(chǎn)的脫水石膏進(jìn)行SEM試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1-圖3所示。

圖3 電廠C脫硫石膏掃描電鏡圖

圖1 -圖3為三家電廠生產(chǎn)的脫硫石膏SEM圖，由圖可知：電廠A的脫硫石膏多為菱形薄板狀，偶爾也有不規(guī)則形狀，顆粒大小約為10-20μm，分布比較分散。電廠B的脫硫石膏呈菱形顆粒狀，顆粒大小大約為10-60μm，分布比較集中。電廠C的脫硫石膏多呈菱形顆粒狀，偶爾有菱形薄板存在，顆粒大小約為10-70μm，分布較分散。三家電廠生產(chǎn)的石膏顆粒大小順序?yàn)椋弘姀SA＜電廠B＜電廠C。在相同質(zhì)量情況下，三家電廠生產(chǎn)的石膏與水接觸的面積大小順序?yàn)椋弘姀SA＞電廠B＞電廠C，與水接觸越充分，石膏凝結(jié)時(shí)間越短。

3 結(jié) 語

1）不同電廠脫硫石膏的吸附水含量是影響脫硫石膏的一個(gè)關(guān)鍵因素，隨著吸附水含量的增加，脫硫石膏的初終凝時(shí)間不斷增長(zhǎng)。

2）由SEM結(jié)果可知：三家電廠生產(chǎn)的石膏顆粒大小順序?yàn)椋弘姀SA＜電廠B＜電廠C。在相同質(zhì)量情況下，三家電廠生產(chǎn)的石膏與水接觸的面積大小順序?yàn)椋弘姀SA＞電廠B＞電廠C。

[1]Xiaolu Guo, Huisheng Shi. Thermal treatment and utilization of flue gas desulphurization gypsum as an admixture in cement and concrete [J]. Construction and Building Materials, 2008,(7): 1471-1476.

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Discussion on the influencing factors of the initial and final setting time of FGD gypsum

In recent years, with the further development of the application technology of desulfurization gypsum,the application of desulfurization gypsum has become more and more extensive.However, in the actual production process, the main components,physical and chemical properties of gypsum produced by different power plants are different. In the large-scale industrial production under the premise of how to produce the same nature of the gypsum products to be an urgent problem to be solved,and gypsum initial and final set the length of time is one of the crucial factors.The factors influencing the initial and final setting time of the desulfurized gypsum of three different power plants were studied after calcination.The results show that the content of adsorbed water is an important factor to determine the setting time of gypsum.

FGD gypsum；calcination temperature；calcination time；the initial and final setting time

TQl77.3+7

：B

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