脱硫石膏粒径分布及其水分对水泥粉磨过程和性能的影响

　　针对脱硫石膏特性及其对水泥粉磨过程和性能的影响方面，有文献提到，脱硫石膏单掺或与天然石膏按比例双掺作为水泥的缓凝剂，凝结时间和3d、28d强度都略有延长和增加；由于脱硫石膏已是细粉状物料，在粉磨时间相同时，加脱硫石膏的水泥比表面积明显偏大，且脱硫石膏的易磨性比天然石膏要好。但这些文献对脱硫石膏的粒径分布和水的存在特征是如何影响水泥性能和粉磨过程，以及不同种类的脱硫石膏对水泥性能的影响的研究涉及不多。为此，本试验采用不同含水量的石膏配制水泥进行小磨粉磨试验，通过脱硫石膏和所配水泥的粒径分布以及脱硫石膏中水的存在特征，探索其对水泥粉磨过程的影响；并采用两种不同种类的脱硫石膏与天然石膏搭配配成水泥，研究其对水泥性能的影响。

　　1 原材料和试验方法

　　1．1原材料

　　2种脱硫石膏化学成分见表1，其他材料包括天然石膏、石灰石、粉煤灰和水泥熟料。文中未注明种类的脱硫石膏均指B厂脱硫石膏。

　　1．2 试验方法

　　1)粒径分布试验采用KCT-1沉降分析天平对石膏和水泥样品进行粒径分布试验；

　　2)石膏中水的脱除：称样(2.0000±0.0005)g，加热温度范围30～250℃，温度间隔10℃分段测定，恒温时间2h。

　　3)差热分析试验：对A、B厂脱硫石膏进行了分析测定，温度范围从室温到800℃，升温速率为l0℃／min。

　　4)粉磨试验：采用试验小磨进行，熟料及混合材总量5kg，与石膏共同入磨，粉磨时间30min，脱硫石膏对粉磨过程影响的样品配比见表2。

　　5)水泥性能测试：按照GB／T l346-2001和GB／T17671-1999进行，水泥配比见表3。

　　2 结果与分析

　　2．1脱硫石膏粒径分布特征

　　脱硫石膏与经粉磨后的天然石膏的粒径分布特征测试结果见表4。

　　从表4可以看出，脱硫石膏的颗粒分布基本呈正态分布，B厂脱硫石膏在20～60μm粒径的颗粒含量超过77％，20～80μm粒径颗粒含量占95％以上，粒径分布范围比较窄，A厂脱硫石膏的粒径分布特征也基本相似；而细磨天然石膏粒径分布相对较宽，<20μm的占29．4％，20～40μm的占31．9％，>40μm的约占40％。这与两种石膏的颗粒形成方式不同有关，天然石膏是经粉磨而成，故粒径分布有大有小；而脱硫石膏是在脱硫装置中SO3与石灰或石灰石经反应自然形成，由于反应时间、反应物浓度等因素相差不大，故形成的反应产物晶粒尺寸也就相差不大，因而脱硫石膏的粒径分布较窄。

　　2．2 脱硫石膏中水的存在形式和含水量

　　各脱硫石膏和天然石膏加热脱水试验结果见图1～图3。由图1～图3可见，脱硫石膏的脱水特征与天然石膏有较大的差异，首先是A厂脱硫石膏的含水量高达28．47％，B厂脱硫石膏的含水量为27.00％，而天然石膏为20．27％，多出的部分主要分布在40～90℃，可见这部分的水是自由水，在40℃时只要脱水条件适当，就可将这部分水的大部分脱去；其次是结晶水的脱除温度不同，脱硫石膏结晶水的脱除温度相对较高，大约高出l0℃，脱硫石膏脱除3／2个结晶水的脱水温度约为110℃，而天然石膏的为l00℃左右。两者结晶水的含量稍有不同，脱硫石膏的为21．00％，而天然石膏的为19.84％，含量不同的原因与两种石膏的纯度有关，前者所含的杂质较少。

图1  A厂脱硫石膏随温度脱水情况

图2  B厂脱硫石膏随温度脱水情况

图3  天然石膏随温度脱水情况

　　图4是两种石膏的差热分析测试结果。由图4看出，脱硫石膏在50℃左右有一个吸热峰，这与自由水脱除有关；比较第一和第二个结晶水脱除的吸热峰位置，也可得到与上述分析相同的结论。

图4 脱硫石膏和天然石膏的差热分析曲线

　　另外，脱硫无水石膏的相变温度要远高于天然石膏的相变温度，前者520℃左右，而后者在360℃左右，这也显示了两种石膏存在的差异。

　　2．3 石膏中的水分对粉磨过程的影响

　　粉磨试验所观察到的现象和水泥细度见表5和表6。

　　由表5和表6试验结果可以看到，含水量较低的脱硫石膏所得到的水泥细度最细，含水率较高的天然石膏配制的水泥细度最粗；相同含水量的脱硫石膏与天然石膏相比较，脱硫石膏配制的水泥细度更细些。由此可知，影响粉磨过程的主要因素是石膏中的含水量，对于含脱硫石膏样品TL20，由于烘干脱水脱除的是自由水部分，可见脱硫石膏中的自由水是影响水泥粉磨过程的主要因素，天然石膏中的外加自由水起到了同样的不利作用；含水量高则对粉磨过程不利，当石膏中含水量均为30％时，不论是天然石膏还是脱硫石膏，均在钢球表面黏附有较多的物料；另外含水量较高的条件下，脱硫石膏对粉磨过程的不利影响要小于天然石膏；当含水量较低时，脱硫石膏并不会引起黏球现象的产生。

　　2．4不同脱硫石膏对水泥性能的影响

　　脱硫石膏对水泥性能影响的试验结果见表7。从表7中可以看出，掺A厂脱硫石膏的水泥初凝时间稍有延长，终凝时间变化不明显，当混合材只有石灰石的时候，3d抗压强度变化不明显，28d抗压强度明显下降。掺B厂脱硫石膏的水泥初凝时间有升有降，终凝时间有延长趋势，3d、28d抗压强度变化不明显。可见，用脱硫石膏部分替代天然石膏生产水泥，对凝结时间的影响不是很明显；不同种类的脱硫石膏对水泥强度性能的影响也是不同的。

表7   脱硫石膏对水泥性能影响结果

　　3  结束语