脫硫石膏粒徑分布及其水分對水泥粉磨過程和性能的影響

　　針對脫硫石膏特性及其對水泥粉磨過程和性能的影響方面，有文獻(xiàn)提到，脫硫石膏單摻或與天然石膏按比例雙摻作為水泥的緩凝劑，凝結(jié)時(shí)間和3d、28d強(qiáng)度都略有延長和增加；由于脫硫石膏已是細(xì)粉狀物料，在粉磨時(shí)間相同時(shí)，加脫硫石膏的水泥比表面積明顯偏大，且脫硫石膏的易磨性比天然石膏要好。但這些文獻(xiàn)對脫硫石膏的粒徑分布和水的存在特征是如何影響水泥性能和粉磨過程，以及不同種類的脫硫石膏對水泥性能的影響的研究涉及不多。為此，本試驗(yàn)采用不同含水量的石膏配制水泥進(jìn)行小磨粉磨試驗(yàn)，通過脫硫石膏和所配水泥的粒徑分布以及脫硫石膏中水的存在特征，探索其對水泥粉磨過程的影響；并采用兩種不同種類的脫硫石膏與天然石膏搭配配成水泥，研究其對水泥性能的影響。

　　1 原材料和試驗(yàn)方法

　　1．1原材料

　　2種脫硫石膏化學(xué)成分見表1，其他材料包括天然石膏、石灰石、粉煤灰和水泥熟料。文中未注明種類的脫硫石膏均指B廠脫硫石膏。

　　1．2 試驗(yàn)方法

　　1)粒徑分布試驗(yàn)采用KCT-1沉降分析天平對石膏和水泥樣品進(jìn)行粒徑分布試驗(yàn)；

　　2)石膏中水的脫除：稱樣(2.0000±0.0005)g，加熱溫度范圍30～250℃，溫度間隔10℃分段測定，恒溫時(shí)間2h。

　　3)差熱分析試驗(yàn)：對A、B廠脫硫石膏進(jìn)行了分析測定，溫度范圍從室溫到800℃，升溫速率為l0℃／min。

　　4)粉磨試驗(yàn)：采用試驗(yàn)小磨進(jìn)行，熟料及混合材總量5kg，與石膏共同入磨，粉磨時(shí)間30min，脫硫石膏對粉磨過程影響的樣品配比見表2。

　　5)水泥性能測試：按照GB／T l346-2001和GB／T17671-1999進(jìn)行，水泥配比見表3。

　　2 結(jié)果與分析

　　2．1脫硫石膏粒徑分布特征

　　脫硫石膏與經(jīng)粉磨后的天然石膏的粒徑分布特征測試結(jié)果見表4。

　　從表4可以看出，脫硫石膏的顆粒分布基本呈正態(tài)分布，B廠脫硫石膏在20～60μm粒徑的顆粒含量超過77％，20～80μm粒徑顆粒含量占95％以上，粒徑分布范圍比較窄，A廠脫硫石膏的粒徑分布特征也基本相似；而細(xì)磨天然石膏粒徑分布相對較寬，<20μm的占29．4％，20～40μm的占31．9％，>40μm的約占40％。這與兩種石膏的顆粒形成方式不同有關(guān)，天然石膏是經(jīng)粉磨而成，故粒徑分布有大有小；而脫硫石膏是在脫硫裝置中SO3與石灰或石灰石經(jīng)反應(yīng)自然形成，由于反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物濃度等因素相差不大，故形成的反應(yīng)產(chǎn)物晶粒尺寸也就相差不大，因而脫硫石膏的粒徑分布較窄。

　　2．2 脫硫石膏中水的存在形式和含水量

　　各脫硫石膏和天然石膏加熱脫水試驗(yàn)結(jié)果見圖1～圖3。由圖1～圖3可見，脫硫石膏的脫水特征與天然石膏有較大的差異，首先是A廠脫硫石膏的含水量高達(dá)28．47％，B廠脫硫石膏的含水量為27.00％，而天然石膏為20．27％，多出的部分主要分布在40～90℃，可見這部分的水是自由水，在40℃時(shí)只要脫水條件適當(dāng)，就可將這部分水的大部分脫去；其次是結(jié)晶水的脫除溫度不同，脫硫石膏結(jié)晶水的脫除溫度相對較高，大約高出l0℃，脫硫石膏脫除3／2個(gè)結(jié)晶水的脫水溫度約為110℃，而天然石膏的為l00℃左右。兩者結(jié)晶水的含量稍有不同，脫硫石膏的為21．00％，而天然石膏的為19.84％，含量不同的原因與兩種石膏的純度有關(guān)，前者所含的雜質(zhì)較少。

圖1  A廠脫硫石膏隨溫度脫水情況

圖2  B廠脫硫石膏隨溫度脫水情況

圖3  天然石膏隨溫度脫水情況

　　圖4是兩種石膏的差熱分析測試結(jié)果。由圖4看出，脫硫石膏在50℃左右有一個(gè)吸熱峰，這與自由水脫除有關(guān)；比較第一和第二個(gè)結(jié)晶水脫除的吸熱峰位置，也可得到與上述分析相同的結(jié)論。

圖4 脫硫石膏和天然石膏的差熱分析曲線

　　另外，脫硫無水石膏的相變溫度要遠(yuǎn)高于天然石膏的相變溫度，前者520℃左右，而后者在360℃左右，這也顯示了兩種石膏存在的差異。

　　2．3 石膏中的水分對粉磨過程的影響

　　粉磨試驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象和水泥細(xì)度見表5和表6。

　　由表5和表6試驗(yàn)結(jié)果可以看到，含水量較低的脫硫石膏所得到的水泥細(xì)度最細(xì)，含水率較高的天然石膏配制的水泥細(xì)度最粗；相同含水量的脫硫石膏與天然石膏相比較，脫硫石膏配制的水泥細(xì)度更細(xì)些。由此可知，影響粉磨過程的主要因素是石膏中的含水量，對于含脫硫石膏樣品TL20，由于烘干脫水脫除的是自由水部分，可見脫硫石膏中的自由水是影響水泥粉磨過程的主要因素，天然石膏中的外加自由水起到了同樣的不利作用；含水量高則對粉磨過程不利，當(dāng)石膏中含水量均為30％時(shí)，不論是天然石膏還是脫硫石膏，均在鋼球表面黏附有較多的物料；另外含水量較高的條件下，脫硫石膏對粉磨過程的不利影響要小于天然石膏；當(dāng)含水量較低時(shí)，脫硫石膏并不會(huì)引起黏球現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　　2．4不同脫硫石膏對水泥性能的影響

　　脫硫石膏對水泥性能影響的試驗(yàn)結(jié)果見表7。從表7中可以看出，摻A廠脫硫石膏的水泥初凝時(shí)間稍有延長，終凝時(shí)間變化不明顯，當(dāng)混合材只有石灰石的時(shí)候，3d抗壓強(qiáng)度變化不明顯，28d抗壓強(qiáng)度明顯下降。摻B廠脫硫石膏的水泥初凝時(shí)間有升有降，終凝時(shí)間有延長趨勢，3d、28d抗壓強(qiáng)度變化不明顯?？梢?，用脫硫石膏部分替代天然石膏生產(chǎn)水泥，對凝結(jié)時(shí)間的影響不是很明顯；不同種類的脫硫石膏對水泥強(qiáng)度性能的影響也是不同的。

表7   脫硫石膏對水泥性能影響結(jié)果

　　3  結(jié)束語