脱硫石膏物理成分及特性（脱硫建筑石膏胶凝材料性能研究）

摘要：本文较深入地研究了脱硫建筑石膏胶凝材料的物理化学性能特点，并与天然建筑石膏性能进行了比较。作为建筑石膏制品的胶凝材料，制备各种石膏基干混砂浆产品优异性能......

前言

因为火力发电厂用燃煤中含可燃硫1.5%~2%,煤燃烧后烟气中含有大量的SO2和SO3，如果不经回收便直接排放到大气中，将会对生态环境产生严重的污染，降雨被酸化，酸雨危害人们健康、腐蚀金属和建筑材料、酸化土壤和水体，所以要求燃煤电厂排出的烟气必须经过脱硫处理。目前，在众多的烟气脱硫工艺中，湿式石灰（石）-石膏法是世界上最成熟、应用最广泛的脱硫工艺，这种工艺产生的副产物为脱硫石膏。在我国，湿式石灰石石膏法是主要的脱硫方法，约占已安装脱硫机组容量的70%。该方法是以石灰石为脱硫剂，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，形成脱硫石膏。脱硫石膏的主要成分是含有两个结晶水的硫酸钙（CaSO4•2H2O），脱硫石膏再通过干燥、煅烧、粉碎等工艺处理，进而制得的半水石膏，作为石膏基建筑材料的胶凝材料，大多数是半水石膏（CaSO4•1/2H2O）,因此半水石膏常被称作建筑石膏。

目前国内对脱硫建筑石膏的应用范围有限，利用量小。因而探索脱硫石膏在建筑干粉砂浆领域的应用，满足建材市场的需求，是今后脱硫石膏的发展方向。为了保护我国的天然资源和减少环境污染，我国《建材工业“十五”规划》已明确指出，要积极利用磷石膏、氟石膏、烟气脱硫石膏等工业废渣，节能利废，大力发展“绿色建材”。因此，研究烟气脱硫建筑石膏的物理化学性能及在建筑石膏干混砂浆中的应用具有重要的意义。

2、实验部分

2.1材料与仪器

材料：试验采用2种天然建筑石膏和2种脱硫建筑石膏进行对比研究。

仪器：新标准法维卡仪、BC156-300比长仪、JW-004全自动氮吸附比表面仪、101FA-2型电热鼓风干燥箱、DH-101激光粒度分析仪、FA2004A电子天平、DY-208型全自动水泥强度试验机、干燥器、玻璃称量瓶、坩埚铅、2～5ml滴管等。药品：酒精：90～95%浓度；硫酸钾溶液：5%浓度。

3.性能研究与讨论

3.1 石膏化学成份分析

研究所用原材料为脱硫建筑石膏和作对比样的天然建筑石膏。表1为脱硫建筑石膏和天然建筑石膏的化学成分。

由表1可见，脱硫建筑石膏与天然建筑石膏在化学组成上基本相同。

3.2 放射性和重金属含量检测

表2为天然建筑石膏和脱硫建筑石膏放射性检测结果。

由表2可知，脱硫建筑石膏内外照射指数相当小，远低于GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限量》中规定的限量标准，符合建材无放射性污染要求。

由表3可见，脱硫建筑石膏中重金属含量远远低于国家标准，符合建材无放射性污染要求。

3.3 粒度分布比较

利用乙二醇为分散介质、氯化钙为分散剂，通过激光粒度测试仪对天然建筑石膏和脱硫建筑石膏进行粒度分布的测试。图1为天然建筑石膏，图2为脱硫建筑石膏。

由图1可以看出，天然建筑石膏的粒度分布比较广，从2μm—160μm都有分布。由图2可以看出，脱硫建筑石膏的粒度分布非常窄，主要集中在45μm—75μm之间。

3.4 吸附水、结晶水及半水石膏含量

按照GB/T 5484-2000和烧石膏相分析方法对两种石膏的吸附水、结晶水及半水石膏（HH）含量进行测定，结果见表4。

由表4可见，两种建筑石膏的吸附水含量相近，均比较低；半水石膏含量（HH）脱硫建筑石膏比天然建筑石膏高，这可能是脱硫建筑石膏强度高的原因之一。

3.5 堆积密度和比表面积

建筑石膏的堆积密度是指散料在自由堆积状态下单位体积内的质量。该体积既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间空隙在内的体积，常用kg/m3单位表示。比表面积是指单位质量粉尘的总表面积，用平方米每克表示（m2/g）。石膏粉体的粒径越小，则比表面积越大，比表面积越大，则颗粒的表面活力越大。比表面积对粉料的湿润、溶解、凝聚的性质都又直接的影响。天然建筑石膏和脱硫石膏的比表面积和堆积密度见表5。

由表5可以看出，脱硫建筑石膏的堆积密度比天然建筑石膏高，这可能是由于脱硫石膏杂质与石膏之间的易磨性相差较大，天然石膏经过粉磨后的粗颗粒多为杂质，而脱硫石膏其颗粒多的却为石膏，细颗粒为杂质，其特征与天然石膏正好相反；此外，二者的煅烧制度也不尽相同，烟气脱硫石膏的脱水温度在120~160℃左右，脱硫石膏脱水时为脱游离水，其物料温升速率较慢，排湿量大；后过程为脱结晶水，其物料温升速率较快，排湿量小，炒制最佳温度为160~180℃，经过陈化后的脱硫建筑石膏颗粒圆度系数高、比表面积大。

3.6 pH值、标稠及初终凝时间比较

脱硫和天然建筑石膏的pH值、标稠及凝结时间的测定结果见6。

由表6可见，天然石膏与脱硫石膏的pH接近，略显酸性。标准稠度用水量天然建筑石膏与脱硫建筑石膏相近，而初终凝时间脱硫建筑石膏都比较短。

3.7 脱硫和天然建筑石膏强度比较

按 GB/T 17669.3－1999对两种建筑石膏强度进行测定，测试结果见表7。

由表7可以看出，在标稠情况下，脱硫建筑石膏的2h强度及绝干强度都高于天然建筑石膏。

3.8 两种石膏粉及其水化物晶体形貌（SEM）比较

3.8.1 天然建筑石膏粉与脱硫石膏粉的SEM比较

由图A和图B电镜照片可以看出，天然半水石膏粉体多由疏松、细小、不规则的片状或粒状晶体组成，且晶体大小不一。脱硫建筑石膏颗粒外观规整，外形为短柱状，且晶体大小比较均匀。

3.8.2 天然建筑石膏与脱硫建筑石膏水化物晶体形貌（SEM）比较

由图C和图D可见，天然建筑石膏与脱硫建筑石膏水化物晶体形貌多为针状或纤维状，晶体之间纵横交错地交织在一起。其中脱硫半水石膏的晶体较天然半水石膏结晶结构紧密，天然石膏结晶网络较为疏松，孔隙较多。所以，一般脱硫石膏的强度高于天然石膏。

4．结论：

根据本课题的研究可以得出：

1）脱硫建筑石膏脱硫建筑石膏化学成分与天然建筑石膏相差不大，但颗粒特征有明显差异，物理化学性能近似。分析表明，化学成分是影响石膏性能的重要因素，颗粒特征是影响性能的主要因素。

2）脱硫建筑石膏可以作为建筑石膏制品的胶凝材料，可在粉刷石膏、石膏砌块等石膏制品中得到广泛的应用。

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